WO2021204652A1 - Optoelectronic component and illumination device - Google Patents

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WO2021204652A1
WO2021204652A1 PCT/EP2021/058572 EP2021058572W WO2021204652A1 WO 2021204652 A1 WO2021204652 A1 WO 2021204652A1 EP 2021058572 W EP2021058572 W EP 2021058572W WO 2021204652 A1 WO2021204652 A1 WO 2021204652A1
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WO
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radiation
dielectric mirror
component
optoelectronic component
angles
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/058572
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German (de)
French (fr)
Inventor
Laura KREINER
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • H01L33/44Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
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    • H01L33/58Optical field-shaping elements

Definitions

  • An optoelectronic component and a lighting device are specified.
  • One problem to be solved consists in specifying an optoelectronic component that efficiently emits radiation.
  • Another object to be solved consists in specifying a lighting device with such an optoelectronic component.
  • the optoelectronic component comprises a semiconductor body with an active region for generating electromagnetic primary radiation.
  • the semiconductor body has an exit area.
  • the semiconductor body is based, for example, on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In ] __ n _ m Ga m P, or an arsenide Compound semiconductor material, such as
  • the semiconductor body can have dopants and additional components. For the sake of simplicity, however, only the essential constituents of the crystal lattice of the semiconductor body, that is to say Al, As, Ga, In, N or P, are given, even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
  • the semiconductor body is preferably based on AlInGaN.
  • the active area of the semiconductor body contains in particular at least one pn junction and / or at least one quantum well structure in the form of a single quantum well, SQW for short, or in the form of a multi-quantum well structure, MQW for short.
  • the active area in normal operation, the active area generates electromagnetic primary radiation in the blue, green or red spectral range or in the UV range or in the IR range.
  • the primary radiation generated during operation is, in particular, incoherent radiation.
  • the component is in particular a light-emitting diode (LED) or a light-emitting diode chip (LED chip).
  • the exit surface forms a cover surface of the semiconductor body and is formed from the material of the semiconductor body.
  • a large part that is to say at least 50% or at least 75% or at least 90%, of the primary radiation emitted by the semiconductor body emerges from the semiconductor body via the exit surface.
  • a mirror layer is preferably arranged on a rear side of the semiconductor body opposite the exit surface, which is, for example, reflective for the entire visible spectrum and / or the primary radiation.
  • the mirror layer can comprise a metallic layer and / or a dielectric layer.
  • the optoelectronic component is, for example, a semiconductor chip or a so-called chip-size package component. Both in the case of a semiconductor chip and in the case of a chip-size package component, its lateral dimensions, measured parallel to a main plane of extent of the semiconductor body, essentially correspond to the lateral dimensions of the semiconductor body. In particular, the lateral dimensions of the component are then at most 20% or at most 10% or at most 5% greater than those of the semiconductor body. Side surfaces of the component running transversely to the main extension plane can have traces of a singulation process which result from a singulation from a wafer assembly. In the case of a chip-size package component, the side surfaces are made of a potting material such as epoxy.
  • the component can be free of the growth substrate on which the semiconductor body has grown.
  • the component is a thin-film chip or a component with a thin-film chip.
  • the component can be pixelated in such a way that the semiconductor body comprises a plurality of individually and independently controllable emission regions (pixels).
  • pixels individually and independently controllable emission regions
  • primary radiation is emitted via a partial area of the exit surface that is assigned to such an emission region.
  • the semiconductor body is subdivided into at least four or at least 10 or at least 50 or at least 1000 emission regions.
  • the optoelectronic component comprises an optical element for deflecting and / or converting radiation generated in the component.
  • the optical element is arranged downstream of the exit surface along the main emission direction of the primary radiation emerging from the exit surface. When viewed from above, the optical element largely or completely covers the exit surface.
  • the optical element is preferably arranged on the exit surface.
  • the optical element is specifically designed to influence radiation generated in the component.
  • a thickness of the optical element measured perpendicular to the main extension plane of the semiconductor body, is at least 1/4 or at least 1/2 or at least 1, where 1 is the wavelength at which the primary radiation or the radiation striking the optical element during operation is global Has maximum intensity.
  • the optical element can be a lens or a deflection structure or a conversion element.
  • the optoelectronic component comprises a dielectric mirror between the exit surface and the optical element.
  • the dielectric mirror is, for example a periodic structure, i.e. a Bragg mirror, or a non-periodic structure.
  • the dielectric mirror preferably comprises a plurality, for example at least two or at least four or at least ten or at least 50 or at least 100, dielectric layers which are stacked on top of one another with respect to the exit surface.
  • the dielectric layers of the dielectric mirror are, for example, alternately high refractive and low refractive.
  • the refractive index of a high-index layer differs from that of a low-index layer by at least 0.1 or at least 0.3 or at least 0.5 or at least 1.0.
  • the low refractive index layers have a refractive index of at most 2.
  • the high-index layers have, for example, a refractive index of at least 2.3.
  • the dielectric layers alternate in the dielectric mirror in such a way that a low-refractive layer is located between each two high-index layers, and vice versa.
  • the thicknesses of all dielectric layers are the same within the manufacturing tolerance.
  • the thicknesses of the dielectric layers vary.
  • the low refractive index layers comprise or consist, for example, of at least one of the following materials: SiOg, SiN, SiON, MgFg.
  • the high-index layers comprise or consist, for example, of at least one of the following materials: NbgOg, TiOg, ZrOg, HfOg, AlgO, TagOg,
  • the thicknesses of the dielectric layers are for example in each case between 10 nm and 300 nm inclusive.
  • the dielectric mirror and the optical element each largely cover the exit surface or the semiconductor body, for example at least 80% or completely.
  • the dielectric mirror is transparent to radiation of a predefined wavelength or a predefined wavelength range which is generated in the component and which strikes the first dielectric mirror at angles of incidence in a predefined first angular range.
  • the dielectric mirror is reflective for radiation of the predetermined wavelength or the predetermined wavelength range which strikes the dielectric mirror with angles of incidence in a predetermined second angular range.
  • the first angular range and the second angular range preferably do not overlap.
  • Angles of incidence are measured here as an angle to a normal to the dielectric mirror.
  • a normal to a dielectric mirror is to be understood as a normal to the main extension plane of the dielectric mirror.
  • Transparent is understood here and below to mean that an element transmits or lets through at least 75%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 99%.
  • Reflective is understood to mean that an element preferably more than 75% at least 90%, particularly preferably at least 99% of a radiation is reflected.
  • predetermined first angular range and “predetermined second angular range” refer to the fact that, when designing a dielectric mirror, the angular range in which it is transparent and the angular range in which it is reflective is determined by the selection of the materials of the dielectric layers and the thickness of the dielectric layers can be adjusted precisely and as desired. In this respect, the angular ranges for transmission and reflection can be specified or selected or determined.
  • predetermined wavelength or “predetermined wavelength range” refer to the fact that the above-mentioned angular selectivity of a dielectric mirror can usually only be optimized to a specific wavelength and a specific range around this wavelength.
  • the choice of the thicknesses and materials of the dielectric layers also play a role here.
  • a wavelength or a wavelength range can be specified or selected or determined for which the dielectric mirror is to operate in an optimally angle-selective manner.
  • the predetermined wavelength or the predetermined wavelength range can be a wavelength or a wavelength range in the spectrum of the primary radiation, for example the wavelength at which the intensity of the primary radiation has a maximum.
  • the specified wavelength / wavelength range can also be one Act wavelength / a wavelength range in the spectrum of a radiation that arises from conversion in the component.
  • the optoelectronic component comprises a semiconductor body with an active region for generating electromagnetic primary radiation and an exit area. Furthermore, the component comprises an optical element arranged downstream of the exit surface for deflecting and / or converting radiation generated in the component, as well as a dielectric mirror between the exit surface and the optical element.
  • the dielectric mirror is transparent to radiation of a predetermined wavelength generated in the component, which strikes at an angle of incidence in a predetermined first angular range, and is reflective for radiation of the predetermined wavelength, which strikes at an angle of incidence in a predetermined second angular range.
  • the optoelectronic component comprises a semiconductor body with an active region for generating electromagnetic primary radiation and an exit area. Furthermore, the component comprises a metal lens arranged downstream of the exit surface and a polarization filter between the metal lens and the exit surface. The metal lens is arranged in particular on the exit surface.
  • the present invention is based in particular on the knowledge that many optical elements that are used in optoelectronic components often only function optimally if the radiation generated in the component and striking the optical element fulfills certain beam properties. For example, some optical elements are only efficient when the one that hits them Radiation strikes in a narrow range of angles to the normal. For example, other optical elements only work efficiently if the incident radiation is polarized. Some optical elements can only work efficiently if both directional and polarized radiation are incident.
  • the present invention makes use of the idea of arranging a selection element in the form of a dielectric mirror and / or a polarization filter in front of an optical element in an optoelectronic component.
  • This selection element only lets radiation of a predetermined wavelength through in a predetermined first angular range and / or only lets radiation of a predetermined polarization through. This preselection of the radiation enables the optical element to work more efficiently or optimally.
  • the component disclosed here is suitable, for example, as a radiation source for visible and invisible light in a headlight, in particular in a headlight of a vehicle, or in a projector or as a radiation source for sensor applications or for the background lighting of a display, for example a smartphone display or a display for a vehicle interior.
  • the first angular range comprises all angles of incidence between 0 ° and ex, measured to a normal to the dielectric mirror.
  • the first angular range thus forms a cone with the normal as the axis of rotation and an opening angle of 2 ⁇ .
  • the value is for example at least 5 ° or at least 10 °.
  • the second angular range comprises all angles of incidence of at least ⁇ , measured to the normal to the dielectric mirror, where ⁇ > applies.
  • is at least 1 ° or at least 5 ° or at least 10 ° greater than a.
  • ß is at most 10 ° or at most 5 ° greater than a.
  • the second angular range preferably includes all angles of incidence between ⁇ and 90 °, inclusive.
  • the dielectric mirror has a transmittance of at least 75% or at least 90% or at least 99% for radiation of the predetermined wavelength / the predetermined wavelength range impinging at angles of incidence in the first angular range and a reflectance of at least 75% or at least 90% or at least 99% for radiation of the specified wavelength / the specified wavelength range impinging at angles of incidence in the second angular range.
  • the specified values of the degree of transmission and the degree of reflection for radiation of the specified wavelength / the specified wavelength range apply particularly preferably to all angles of incidence in the respective angular range.
  • the optical element comprises a deflection structure.
  • the deflecting structure is designed in such a way that the radiation of the component passing through the deflecting structure is scattered in an x direction and is less or not scattered in a y-direction, perpendicular to the x-direction.
  • the x-direction and y-direction for example, both run parallel to the
  • the deflection structure increases the opening angle of the radiation in the x direction by at least 50% or at least 100% or at least 200%. In the y direction, the opening angle is increased, for example, by a maximum of 50% or a maximum of 20%.
  • the opening angle of the distribution curve for the radiation immediately after passing through the deflection structure is at least 1.5 times or at least that 2 times or at least 3 times the opening angle of the radiation intensity distribution curve of the radiation immediately before passing through the deflection structure. If, on the other hand, the radiation intensity distribution curve is viewed in a section plane perpendicular to the main extension plane of the semiconductor body and parallel to the y-direction, then the opening angle of the distribution curve of the radiation immediately after passing through the deflection structure is at most 1.5 times or at most 1.2 - times the opening angle immediately before stepping through.
  • the opening angle is understood here to mean the angular range in which the radiation intensity of the radiation is at least 50% of its maximum.
  • a particularly strong asymmetry of the opening angle of the far field in the x-direction and y-direction can be achieved.
  • such far-field patterns are desired.
  • One example is the coupling of radiation from an optoelectronic component into a flat waveguide, in which a strongly asymmetrical far field is advantageous.
  • the radiation is initially restricted to a first angular range, which enables the radiation to be completely coupled into the narrow side of the waveguide.
  • the deflection structure then fans out the radiation in one spatial direction, with the result that the broadest side of the waveguide is illuminated as homogeneously as possible.
  • the deflection structure has a structuring on a scattering side with trenches extending in the y-direction.
  • the trenches extend in particular in a straight line along the y-direction and preferably over the entire or almost the entire extent of the deflection structure in the y-direction.
  • the profile of the scattering side is preferably flat within the manufacturing tolerance.
  • the profile of the scattering side is structured with alternating elevations and depressions, the depressions being assigned to the trenches extending in the y-direction.
  • the elevations and depressions for example, each taper to a point.
  • the heights of the elevations are, for example, between 100 nm and 50 pm, inclusive.
  • the scattering side On the scattering side, incident radiation is scattered in the x-direction and less or not scattered in the y-direction.
  • the scattering side can be formed on a side of the deflecting structure facing and / or facing away from the semiconductor body.
  • the deflecting structure is preferably formed from a material that is transparent to the radiation generated in the component.
  • the deflection structure is made of glass or silicone or epoxy or plastic or SiOg or NbOg or
  • the deflecting structure is preferably formed in one piece or in one piece.
  • the scattering side can border on air or can be covered with an encapsulation layer which fills the trenches and is flat and / or smooth on a side facing away from the scattering side.
  • the encapsulation layer preferably has a transparent material with a different refractive index than that of the deflecting structure. The difference in refractive index ensures that it is scattered when passing through the scattering side.
  • the planar and / or flat side of the encapsulation layer simplifies assembly of the component, for example directly on a light guide / waveguide.
  • Such an optoelectronic component with a dielectric mirror and deflection structure can be produced, for example, in a front-end process at wafer level.
  • a dielectric mirror and then a layer are then deposited on a wafer with an epitaxially grown semiconductor body, the layer then being structured with one-dimensional trenches, for example by lithography.
  • the wafer is then cut up, creating individual optoelectronic components.
  • the deflection structure can also be applied to the semiconductor body in the back-end process.
  • the deflection structure is then produced separately, for example by etching one side of a small glass plate, which is then arranged downstream of the exit surface of the semiconductor body.
  • the dielectric mirror and / or a conversion element can also be applied beforehand to an opposite side of the small glass plate.
  • the optical element comprises a metal lens.
  • a metal lens has a structuring in the refractive index in directions parallel to its main direction of extent.
  • the structuring can be periodic or aperiodic. Areas of the same refractive index each have a lateral extent, measured parallel to the main extension plane of the metal lens, of, for example, at most 1 gm and / or at least 2 nm.
  • the metal lens is arranged in particular on the semiconductor body in such a way that its
  • Main extension plane runs parallel to that of the semiconductor body.
  • the metal lens has, for example, a thickness, measured perpendicular to its main extension plane, of at most 5 ⁇ m or at most 1 ⁇ m or at most 500 nm or at most 100 nm.
  • the metal lens can be a converging lens or a diverging lens.
  • the metal lens can be configured to generate an asymmetrical far field.
  • the metal lens can also be set up in such a way that it generates a structured far field, which can be desired, for example, in IR applications.
  • the metal lens also acts in such a way that it has the Radiation passing through is scattered in the x-direction and less or not scattered in the y-direction. All of the features disclosed in connection with the deflection structure with regard to the opening angle asymmetry in the x and y directions are correspondingly also disclosed for the metal lens.
  • the metal lens is formed from at least two materials with different refractive indices.
  • the materials are arranged one after the other along the main extension plane, whereby the structuring in the refractive index is formed.
  • one material is SiOg and another material is NbOg.
  • the materials mentioned in connection with the dielectric layers can also be used.
  • the metal lens can have holes which extend perpendicular to the main extension plane through the metal lens and form regions of a refractive index.
  • a photonic crystal can also be used.
  • a polarization filter in particular a reflective polarization grating, is arranged between the metal lens and the semiconductor body.
  • the polarization filter is set up to polarize the radiation generated in the component and incident on the polarization filter and to allow radiation of only one polarization direction to pass.
  • the radiation reflected on the polarization filter can be repolarized by scattering processes in the component and then let through the next time it hits the polarization filter.
  • Metal lenses also ensure efficient deflection when the radiation hits the metal lens as directed and / or as polarized as possible. With a directional emission achieved by the dielectric mirror as a basis, a metal lens can also image broadband, white light well in a desired far field.
  • the upstream dielectric mirror and / or the upstream polarization filter are advantageous.
  • Metal lenses offer the advantage that they can be made much flatter than conventional lenses, so that the entire component is more compact. In the case of metal lenses, all structures can also be applied in the front-end process, which enables chip-size package components to be manufactured.
  • the component comprises a conversion element which is set up to convert radiation generated in the component.
  • the conversion element converts the primary radiation into secondary radiation during operation.
  • the conversion element comprises or consists of one or more conversion materials. These can be sintered to form a ceramic conversion element or pressed to form a conversion element. Alternatively, the conversion element can comprise a matrix, for example made of silicone, in which the conversion material is embedded and distributed.
  • the conversion material can be, for example, a garnet or a nitride or an oxide or an oxynitride.
  • the conversion material can also be based on a semiconductor such as CdSe, CdTe, CdS.
  • the optical element comprises the conversion element. That is to say, the dielectric mirror is arranged between the conversion element and the exit surface. During operation, for example, unconverted primary radiation then strikes the dielectric mirror.
  • the predetermined wavelength is then preferably a wavelength for which the primary radiation provides a significant intensity. For example, the predetermined wavelength is then that at which the intensity distribution of the primary radiation has its global maximum.
  • the dielectric mirror has a higher degree of transmission for radiation of the predetermined wavelength with large angles of incidence in the first angular range than for radiation of the predetermined wavelength with small angles of incidence in the first angular range.
  • the transmittance for at least some angles of incidence in the first angular range and greater than 0 ° is greater than at 0 °.
  • the transmittance for all angles of incidence between 0.6 and 0.9 inclusive is greater, for example at least 5% greater, than for all angles of incidence between 0 ° and 0.3 inclusive.
  • the primary radiation with Lambertian distribution is emitted from the exit surface
  • the primary radiation that has passed through the dielectric mirror has essentially the same intensity / radiation strength for all angles in the first angular range, preferably even with a superelevation at larger angles.
  • the intensity drops sharply at the transition to the second angular range.
  • the color point depends on the viewing angle.
  • the proportion of converted light for example yellow light
  • the reason for this is the longer optical path length of the primary radiation (for example blue light) through the conversion element and thus a higher absorption for flat emission angles.
  • a uniform color appearance is often desired regardless of the viewing angle.
  • the conversion element is arranged between the dielectric mirror and the exit surface. During the conversion of radiation generated in the component, in particular the primary radiation, the conversion element generates a Secondary radiation.
  • the conversion element can be set up for full conversion or partial conversion.
  • the dielectric mirror is transparent to secondary radiation which strikes the dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined first angular range.
  • the dielectric mirror can be transparent to primary radiation which strikes the dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined first angular range.
  • the dielectric mirror is reflective for secondary radiation which strikes the dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined second angular range.
  • the dielectric mirror can be reflective for primary radiation which strikes the dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined second angular range.
  • a further dielectric mirror is arranged between the conversion element and the exit surface.
  • the further dielectric mirror can have a plurality of dielectric layers. All of the features disclosed in connection with the dielectric mirror are also disclosed for the further dielectric mirror.
  • the further dielectric mirror is transparent to primary radiation which strikes the further dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined first angular range. In accordance with at least one embodiment, the further dielectric mirror is reflective for primary radiation which strikes the further dielectric mirror in the predefined second angular range.
  • the further dielectric mirror can be reflective for the secondary radiation at all angles of incidence.
  • the exit surface has a structure.
  • the exit surface is roughened.
  • a mean roughness of the exit surface is then, for example, at least 500 nm or at least 1000 nm.
  • the structuring of the exit surface can achieve a redistribution of the radiation reflected by the dielectric mirror or mirrors, so that the next time it hits a dielectric mirror, it may have an angle of incidence meets the respective dielectric mirror in the first angular range.
  • a planarization layer is applied to the exit area, which is planar and / or smooth on a side facing away from the semiconductor body.
  • the planarization layer is applied directly to the exit surface.
  • the planarization layer is then arranged between the dielectric mirror and the exit surface.
  • the planarization layer preferably comprises a material that is transparent to the radiation generated in the component, in particular the primary radiation or converted radiation, such as silicon dioxide (SiOg)
  • a small glass plate is arranged between the metal lens and the dielectric mirror or between the metal lens and the polarization filter.
  • the glass plate can be self-supporting.
  • the glass plate has an average thickness of at least 50 gm and / or at most 500 gm.
  • a metal lens designed for the desired far field is produced on a first side of a glass wafer.
  • the dielectric mirror and / or the polarization filter are applied on an opposite, second side.
  • a conversion element can be applied to this second side.
  • the glass wafer is separated into individual glass plates each with a metal lens, a dielectric mirror and / or a polarization filter and, if necessary, with a conversion element. These are then glued onto the exit surfaces of semiconductor bodies.
  • one or more of these elements can also be formed on the exit surface of the semiconductor body, for example already in the front-end process on the wafer, and then the glass wafer is formed or that Glass plate applied to the semiconductor body with the metal lens.
  • the component emits white light during operation.
  • a mixture of the primary radiation and the radiation resulting from conversion forms white light.
  • the radiation emitted by the component during operation is radiation in the red and / or infrared spectral range.
  • the primary radiation is in the red or infrared spectral range and the radiation resulting from conversion is in the infrared range.
  • the component is then suitable, for example, as a radiation source in spectrometer or sensor applications.
  • the lighting device comprises an optoelectronic component described here.
  • the component comprises a light guide (also called a waveguide) with a coupling-in side via which radiation coming from the component during operation is coupled into the light guide.
  • the component is attached directly or indirectly to the coupling side.
  • the light guide comprises or consists, for example, of glass or plastic.
  • the light guide is, for example, a solid body.
  • the light guide is formed in the shape of a plate with two main sides lying opposite one another. The main sides in particular run parallel to one another. The main sides can be flat or curved.
  • the thickness of the light guide measured as the distance between the main sides, is preferably less than the extent of the main sides in each direction. Extensions of the waveguide along the main sides are, for example, at least five times or at least ten times or at least 20 times as great as the thickness of the light guide.
  • a thickness of the light guide is, for example, at most 1 mm or at most 500 ⁇ m. Extensions along the main sides are, for example, at least 1 cm or at least 5 cm.
  • the coupling side is formed by a transverse side connecting the main sides.
  • the transverse side has a smaller area than each of the main sides.
  • the area of the transverse side is at most one fifth or at most one tenth or at most 1/20 the area of the main pages.
  • the transverse side is elongated and preferably rectangular.
  • the main pages can each be rectangular.
  • the radiation that has entered via the coupling-in side can be decoupled again via one of the main sides.
  • the lighting device is then particularly suitable as background lighting for a display, for example a smartphone display or a display for a vehicle interior.
  • the component is one with a deflection structure as described above or a metal lens.
  • the component is then preferably so on Coupling side arranged that the x-direction runs parallel to the main sides or parallel to the longer edge of the transverse side and that the y-direction runs perpendicular to the main sides or parallel to the shorter edge of the transverse side.
  • the component is in particular smaller than the transverse side / coupling side, so that, viewed in a plan view, the component lies completely within the transverse side.
  • the lighting device preferably comprises a plurality of components as described here, which are arranged one behind the other in a direction parallel to the longer edge of the transverse side and whose radiation is in each case coupled into the light guide via the coupling side.
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment for the far field generated by a component
  • FIG. 11 to 15 embodiments of lighting devices in different views.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an optoelectronic component 10 in a cross-sectional view.
  • the component 10 comprises a semiconductor body 1, for example based on AlInGaN, with an active region (not shown).
  • an active region (not shown).
  • incoherent primary radiation is generated in the active area.
  • the primary radiation is, for example, radiation in the blue spectral range.
  • a dielectric mirror 3 is arranged on an exit surface 2 of the semiconductor body 1. During normal operation of the component 10, a large part of the primary radiation generated by the semiconductor body 1 emerges from the semiconductor body 1 via the exit surface 2.
  • the dielectric mirror 3 is set up in such a way that it is transparent to primary radiation which strikes with angles of incidence in a first angle range between 0 ° and inclusive and for primary radiation which strikes with angles of incidence in a second angle range outside the first angle range (from ⁇ to 90 ° ) is reflective.
  • the value for example is 30 °.
  • the value for ß is, for example, 35 °.
  • optical element 4, 5, 7 On the side of the dielectric mirror 3 facing away from the semiconductor body 1, an optical element 4, 5, 7 is arranged, which is set up to deflect and / or convert the radiation passing through. This shows that optical element 4, 5, 7 in particular a thickness of at least a quarter of the wavelength at which the primary radiation has its intensity maximum.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the optoelectronic component 10.
  • a conversion element 7 is arranged between the dielectric mirror 3 and the exit surface 2.
  • the conversion element 7 converts the primary radiation into secondary radiation, for example into light in the yellow to green and / or orange to red spectral range.
  • the dielectric mirror 3 is transparent to secondary radiation which strikes at angles of incidence in the first angular range and is reflective for secondary radiation which strikes at angles of incidence in the second angular range.
  • the dielectric mirror 3 can have the same angular selectivity for the primary radiation.
  • the light passing through the dielectric mirror 3 is in particular a mixture of the primary radiation and the secondary radiation, which results, for example, in white light.
  • the optical element is a deflection structure 4, for example made of glass or transparent silicone or transparent plastic or SiOg or NbOg or TiOg or SiN, which on a scattering side 40 facing away from the semiconductor body 1 has a structure with it in a Comprises trenches 41 extending in the y-direction.
  • the view in FIG. 2 shows a section perpendicular to the y direction and parallel to an x direction, the profile of the scattering side 40 having elevations and depressions alternating along the x direction.
  • FIG. 3 shows the component of FIG. 2 in a plan view of the scattering side 40. It can be seen that the trenches are located 41 extend linearly in the y direction and over the entire extent of the deflection structure 4 in this direction.
  • the effect of the deflecting structure 4 on the radiation passing through is indicated in FIGS. 2 and 3 by the arrows.
  • the radiation that is initially directed or bundled by the mirror 3 and hits the scattering side 40 is scattered by the structuring.
  • the directed radiation In the y direction, the directed radiation essentially retains its directionality.
  • the third exemplary embodiment in FIG. 4 is similar to that in FIG. 2.
  • the scattering side 40 borders on air, as a result of which there is a jump in the refractive index on this side.
  • the scattering side 40 borders on an encapsulation layer 42 which fills the trenches 41.
  • the encapsulation layer 42 is selected such that its refractive index differs from that of the deflecting structure 4.
  • the encapsulation is made of SiOg or SiN.
  • the encapsulation layer 42 is flat and / or smooth. This allows simple assembly, for example on the coupling side of a light guide.
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the optoelectronic component 10 again in FIG.
  • FIG. 3 Cross-sectional view. This is similar to that of FIG. 3.
  • the exit surface 2 of the semiconductor body 1 is additionally structured / roughened. Radiation reflected back by the dielectric mirror 3 can be redistributed by the structuring and, when it next hits the dielectric mirror 3, if appropriate, impinge in the first angular range.
  • the mean roughness of the side 9a is, for example, less than 1 nm.
  • a fifth exemplary embodiment of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. Compared to the previous exemplary embodiment, this is supplemented by a further dielectric mirror 8.
  • the further dielectric mirror 8 is arranged between the conversion element 7 and the semiconductor body 1.
  • the further dielectric mirror 8 is transparent to primary radiation which strikes at angles of incidence in the first angular range and is reflective for primary radiation which strikes at angles of incidence in the second angular range.
  • the further dielectric mirror 8 can be reflective for the secondary radiation.
  • the dielectric mirror 3 has the angle selectivity described above, at least for the secondary radiation.
  • each dielectric mirror can then be optimized for a specific wavelength range (primary radiation or secondary radiation).
  • FIG. 7 shows a sixth exemplary embodiment of the optoelectronic component 10. This is similar to that of FIG on the other one Polarization filter 6 is arranged. Thanks to the upstream dielectric mirror 3 and the polarization filter 6, polarized, directional white light strikes the metal lens 5. This can then efficiently focus or scatter the light.
  • the polarization filter 6 could also be arranged between the dielectric mirror 3 and the semiconductor body 1, in particular between the dielectric mirror 3 and the conversion element 7.
  • FIG. 9 shows an eighth exemplary embodiment of the optoelectronic component 10, in which the optical element is a conversion element 7.
  • the dielectric mirror 3 has the above-mentioned angle selectivity for the primary radiation.
  • the dielectric mirror 3 is reflective at all angles of incidence, for example.
  • the angular selectivity of the dielectric mirror 3 from FIG. 9 is shown by way of example with reference to FIG.
  • the curve S2 shows the far-field radiation distribution of a Lambert see radiator. On the x-axis, angles between -90 ° and 90 °, measured to a normal to the emission surface of the Lambert radiator, are shown. on the radiation intensity is plotted on the y-axis.
  • the semiconductor bodies 1 described above form such a Lambertian emitter with the exit surface 2 as the emission surface.
  • the curve S1 shows the far-field radiation distribution in the event that the dielectric mirror 3 is applied to the emission surface.
  • the dielectric mirror 3 has a high angle selectivity for the primary radiation.
  • the dielectric mirror 3 is permeable to radiation with angles of incidence in a first angular range from 0 ° to and reflective for radiation with angles of incidence greater than ⁇ .
  • the transmittance is also higher than for smaller angles of incidence.
  • the primary radiation passing through the dielectric mirror 3 at the edge of the first angular range has a radiation intensity that is similar, even slightly increased, to that in the center of the first angular range. This creates a more uniform color impression after the conversion, which is almost independent of the viewing angle.
  • FIG. A diaphragm 30 is arranged downstream of the component 10 described above, with which the emission angles that lie outside the homogeneous color range are also cut off.
  • FIG. 12 A further exemplary embodiment of a lighting device is shown in FIG. 12, in which a lens 50 is arranged downstream of the component 10, with which the homogeneous color impression is mapped onto a larger angular range.
  • the diaphragm 30 from FIG. 11 and the lens 50 from FIG. 12 can also be combined in one lighting device.
  • Figures 13 to 15 show an embodiment of a lighting device in different views.
  • the lighting device comprises several optoelectronic components 10, for example those as shown in FIGS. 2 to 8, as well as a light guide 20 with a coupling side 21.
  • the radiation emerging from the components 10 during operation for example white light, enters via the coupling side 21 the light guide 20 and is then distributed inside the light guide 20.
  • the light guide 20 is designed in the form of a plate and has two opposing main sides which are connected to one another by the coupling-in side 21 and which are each significantly larger than the coupling-in side 21.
  • the coupled-in radiation is preferably coupled out homogeneously via one or both main sides.
  • the lighting device is, for example, a display backlight.
  • the coupling side 21 is rectangular and elongated.
  • the components 10 are arranged one behind the other and at a distance from one another along the longer edge of the coupling side 21.
  • the x direction along which the radiation emitted by the components 10 is scattered runs parallel to the longer edge.
  • the y-direction, along which the radiation emitted by the components 10 has a small opening angle, runs parallel to the shorter edge of the Coupling side 21. In this way, the radiation emitted by the components 10 is efficiently coupled into the plate-shaped light guide 20.
  • the beam path or the beam spot of a component 10 is indicated in FIGS. 13 to 15 by the dashed lines.

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Abstract

In at least one embodiment, the optoelectronic component (10) comprises a semiconductor body (1) with an active region for generating electromagnetic primary radiation, and an exit area (2). The component further comprises an optical element (4, 5, 7), located behind the exit area, for deflecting and/or converting radiation generated in the component, and a dielectric mirror (3) between the exit area and the optical element. The dielectric mirror is permeable to radiation that has a predefined wavelength and is incident at an angle of incidence lying within a predefined first range of angles, while being reflective for radiation that has the predefined wavelength and is incident at an angle of incidence lying within a predefined second range of angles.

Description

Beschreibung description
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG OPTOELECTRONIC COMPONENT AND LIGHTING DEVICE
Es werden ein optoelektronisches Bauelement und eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben. An optoelectronic component and a lighting device are specified.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das effizient Strahlung emittiert. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem solchen optoelektronischen Bauelement anzugeben. One problem to be solved consists in specifying an optoelectronic component that efficiently emits radiation. Another object to be solved consists in specifying a lighting device with such an optoelectronic component.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche und des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. These objects are achieved, among other things, by the subjects of the independent claims and claim 14. Advantageous refinements and developments are the subject matter of the further dependent claims and are also evident from the following description and the drawings.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Primärstrahlung. Außerdem weist der Halbleiterkörper eine Austrittsfläche auf. In accordance with at least one embodiment, the optoelectronic component comprises a semiconductor body with an active region for generating electromagnetic primary radiation. In addition, the semiconductor body has an exit area.
Der Halbleiterkörper basiert zum Beispiel auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n-mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n_ mGamP, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wieThe semiconductor body is based, for example, on a III-V compound semiconductor material. The semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In ] __ n _ m Ga m P, or an arsenide Compound semiconductor material, such as
AlnIn]__n-mGamAs oder AlnIn]__n-mGamAsP, wobei jeweils 0 < n < 1, 0 < m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann der Halbleiterkörper Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters des Halbleiterkörpers, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf AlInGaN. Al n In ] __ nm Ga m As or Al n In ] __ nm Ga m AsP, where 0 <n < 1, 0 <m <1 and m + n <1. The semiconductor body can have dopants and additional components. For the sake of simplicity, however, only the essential constituents of the crystal lattice of the semiconductor body, that is to say Al, As, Ga, In, N or P, are given, even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances. The semiconductor body is preferably based on AlInGaN.
Der aktive Bereich des Halbleiterkörpers beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine QuantentopfStruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi- QuantentopfStruktur, kurz MQW. Zum Beispiel erzeugt der aktive Bereich im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR-Bereich. The active area of the semiconductor body contains in particular at least one pn junction and / or at least one quantum well structure in the form of a single quantum well, SQW for short, or in the form of a multi-quantum well structure, MQW for short. For example, in normal operation, the active area generates electromagnetic primary radiation in the blue, green or red spectral range or in the UV range or in the IR range.
Bei der im Betrieb erzeugten Primärstrahlung handelt es sich insbesondere um inkohärente Strahlung. Das Bauelement ist insbesondere eine Leuchtdiode (LED) oder ein Leuchtdiodenchip (LED-Chip). The primary radiation generated during operation is, in particular, incoherent radiation. The component is in particular a light-emitting diode (LED) or a light-emitting diode chip (LED chip).
Die Austrittsfläche bildet eine Deckfläche des Halbleiterkörpers und ist aus dem Material des Halbleiterkörpers gebildet. Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauelements tritt ein Großteil, das heißt zumindest 50 % oder zumindest 75 % oder zumindest 90 %, der vom Halbleiterkörper emittierten Primärstrahlung über die Austrittsfläche aus dem Halbleiterkörper aus. Insbesondere tritt über die Austrittsfläche im Betrieb mehr Strahlung aus dem Halbleiterkörper aus als ein. Zum Beispiel tritt mindestens doppelt so viel oder zumindest fünfmal so viel oder zumindest zehnmal so viel Strahlung aus wie ein. Auf einer der Austrittsfläche gegenüberliegenden Rückseite des Halbleiterkörpers ist bevorzugt eine Spiegelschicht angeordnet, die zum Beispiel reflektierend für das gesamte sichtbare Spektrum und/oder die Primärstrahlung ist. Die Spiegelschicht kann eine metallische Schicht und/oder eine dielektrische Schicht umfassen. The exit surface forms a cover surface of the semiconductor body and is formed from the material of the semiconductor body. When the component is operated as intended, a large part, that is to say at least 50% or at least 75% or at least 90%, of the primary radiation emitted by the semiconductor body emerges from the semiconductor body via the exit surface. In particular, more radiation emerges from the semiconductor body via the exit area during operation than enters. For example, occurs at least twice as much, or at least five times as much, or at least emits ten times as much radiation as one. A mirror layer is preferably arranged on a rear side of the semiconductor body opposite the exit surface, which is, for example, reflective for the entire visible spectrum and / or the primary radiation. The mirror layer can comprise a metallic layer and / or a dielectric layer.
Bei dem optoelektronischen Bauelement handelt es sich zum Beispiel um einen Halbleiterchip oder um ein sogenanntes Chip-Size-Package-Bauelement . Sowohl bei einem Halbleiterchip als auch bei einem Chip-Size-Package-Bauelement entsprechen dessen laterale Abmessungen, gemessen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers, im Wesentlichen den lateralen Abmessungen des Halbleiterkörpers. Insbesondere sind die lateralen Abmessungen des Bauelements dann um höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % größer als die des Halbleiterkörpers. Quer zur Haupterstreckungsebene verlaufende Seitenflächen des Bauelements können Spuren eines Vereinzelungsprozesses, welche aus einer Vereinzelung aus einem Waferverbund resultieren, aufweisen. Bei einem Chip-Size-Package- Bauelement sind die Seitenflächen aus einem Vergussmaterial, wie Epoxid. The optoelectronic component is, for example, a semiconductor chip or a so-called chip-size package component. Both in the case of a semiconductor chip and in the case of a chip-size package component, its lateral dimensions, measured parallel to a main plane of extent of the semiconductor body, essentially correspond to the lateral dimensions of the semiconductor body. In particular, the lateral dimensions of the component are then at most 20% or at most 10% or at most 5% greater than those of the semiconductor body. Side surfaces of the component running transversely to the main extension plane can have traces of a singulation process which result from a singulation from a wafer assembly. In the case of a chip-size package component, the side surfaces are made of a potting material such as epoxy.
Das Bauelement kann frei von dem Aufwachssubstrat sein, auf dem der Halbleiterkörper gewachsen ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Bauelement um einen Dünnfilmchip beziehungsweise um ein Bauelement mit einem Dünnfilmchip. The component can be free of the growth substrate on which the semiconductor body has grown. In particular, the component is a thin-film chip or a component with a thin-film chip.
Das Bauelement kann pixeliert sein, derart dass der Halbleiterkörper mehrere einzeln und unabhängig ansteuerbare Emissionsbereiche (Pixel) umfasst. Beim Betrieb der Emissionsbereiche wird über eine jeweils einem solchen Emissionsbereich zugeordnete Teilfläche der Austrittsfläche Primärstrahlung emittiert. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper in zumindest vier oder zumindest 10 oder zumindest 50 oder zumindest 1000 Emissionsbereiche unterteilt . The component can be pixelated in such a way that the semiconductor body comprises a plurality of individually and independently controllable emission regions (pixels). When operating the Emission regions, primary radiation is emitted via a partial area of the exit surface that is assigned to such an emission region. For example, the semiconductor body is subdivided into at least four or at least 10 or at least 50 or at least 1000 emission regions.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement ein optisches Element zur Umlenkung und/oder Konversion von im Bauelement erzeugter Strahlung. Das optische Element ist der Austrittsfläche entlang der Hauptabstrahlrichtung der aus der Austrittsfläche austretenden Primärstrahlung nachgeordnet. Das optische Element überdeckt in Draufsicht betrachtet die Austrittsfläche größtenteils oder vollständig. Bevorzugt ist das optische Element auf der Austrittsfläche angeordnet. In accordance with at least one embodiment, the optoelectronic component comprises an optical element for deflecting and / or converting radiation generated in the component. The optical element is arranged downstream of the exit surface along the main emission direction of the primary radiation emerging from the exit surface. When viewed from above, the optical element largely or completely covers the exit surface. The optical element is preferably arranged on the exit surface.
Das optische Element ist gezielt zur Beeinflussung von im Bauelement erzeugter Strahlung eingerichtet. Beispielsweise ist eine Dicke des optischen Elements, gemessen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers, mindestens l/4 oder mindestens l/2 oder mindestens l, wobei l die Wellenlänge ist, bei der die Primärstrahlung oder die im Betrieb auf das optische Element treffende Strahlung ein globales Intensitätsmaximum aufweist. Bei dem optischen Element kann sich um eine Linse oder eine Umlenkstruktur oder ein Konversionselement handeln. The optical element is specifically designed to influence radiation generated in the component. For example, a thickness of the optical element, measured perpendicular to the main extension plane of the semiconductor body, is at least 1/4 or at least 1/2 or at least 1, where 1 is the wavelength at which the primary radiation or the radiation striking the optical element during operation is global Has maximum intensity. The optical element can be a lens or a deflection structure or a conversion element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen dielektrischen Spiegel zwischen der Austrittsfläche und dem optischen Element. Bei dem dielektrischen Spiegel handelt es sich zum Beispiel um eine periodische Struktur, also einen Bragg-Spiegel, oder um eine nicht-periodische Struktur. In accordance with at least one embodiment, the optoelectronic component comprises a dielectric mirror between the exit surface and the optical element. The dielectric mirror is, for example a periodic structure, i.e. a Bragg mirror, or a non-periodic structure.
Der dielektrische Spiegel umfasst bevorzugt mehrere, zum Beispiel zumindest zwei oder zumindest vier oder zumindest zehn oder zumindest 50 oder zumindest 100, dielektrische Schichten, die bezüglich der Austrittsfläche übereinander gestapelt sind. Die dielektrischen Schichten des dielektrischen Spiegels sind beispielsweise abwechselnd hochbrechend und niedrigbrechend. Dabei unterscheidet sich der Brechungsindex einer hochbrechenden Schicht von dem einer niedrigbrechenden Schicht um zumindest 0,1 oder zumindest 0,3 oder zumindest 0,5 oder zumindest 1,0. Beispielsweise weisen die niedrigbrechenden Schichten einen Brechungsindex von höchstens 2 auf. Die hochbrechenden Schichten weisen beispielsweise einen Brechungsindex von zumindest 2,3 auf.The dielectric mirror preferably comprises a plurality, for example at least two or at least four or at least ten or at least 50 or at least 100, dielectric layers which are stacked on top of one another with respect to the exit surface. The dielectric layers of the dielectric mirror are, for example, alternately high refractive and low refractive. The refractive index of a high-index layer differs from that of a low-index layer by at least 0.1 or at least 0.3 or at least 0.5 or at least 1.0. For example, the low refractive index layers have a refractive index of at most 2. The high-index layers have, for example, a refractive index of at least 2.3.
Die Werte für den Brechungsindex sind hier für die Primärstrahlung angegeben. The values for the refractive index are given here for the primary radiation.
Beispielsweise wechseln sich in dem dielektrischen Spiegel die dielektrischen Schichten derart ab, dass zwischen je zwei hochbrechenden Schichten eine niedrigbrechende Schicht liegt und umgekehrt. Bei einer periodischen Struktur sind die Dicken aller dielektrischen Schichten im Rahmen der Herstellungstoleranz gleich. Bei einer nicht-periodischen Struktur variieren die Dicken der dielektrischen Schichten. For example, the dielectric layers alternate in the dielectric mirror in such a way that a low-refractive layer is located between each two high-index layers, and vice versa. In the case of a periodic structure, the thicknesses of all dielectric layers are the same within the manufacturing tolerance. In the case of a non-periodic structure, the thicknesses of the dielectric layers vary.
Die niedrigbrechenden Schichten umfassen oder bestehen beispielsweise aus zumindest einem der folgenden Materialien: SiOg, SiN, SiON, MgFg. Die hochbrechenden Schichten umfassen oder bestehen beispielsweise aus zumindest einem der folgenden Materialien: NbgOg, TiOg, ZrOg, HfOg, AlgO , TagOg,The low refractive index layers comprise or consist, for example, of at least one of the following materials: SiOg, SiN, SiON, MgFg. The high-index layers comprise or consist, for example, of at least one of the following materials: NbgOg, TiOg, ZrOg, HfOg, AlgO, TagOg,
ZnO. Die Dicken der dielektrischen Schichten betragen beispielsweise jeweils zwischen einschließlich 10 nm und 300 nm. ZnO. The thicknesses of the dielectric layers are for example in each case between 10 nm and 300 nm inclusive.
In einer Draufsicht betrachtet überdecken der dielektrische Spiegel und das optische Element die Austrittsfläche beziehungsweise den Halbleiterkörper jeweils größtenteils, zum Beispiel zu zumindest 80 % oder vollständig. When viewed in a top view, the dielectric mirror and the optical element each largely cover the exit surface or the semiconductor body, for example at least 80% or completely.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der dielektrische Spiegel für eine im Bauelement erzeugte Strahlung einer vorgegebenen Wellenlänge oder eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, die mit Einfallswinkeln in einem vorgegebenen ersten Winkelbereich auf den ersten dielektrischen Spiegel trifft, durchlässig. Für Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge beziehungsweise des vorgegebenen Wellenlängenbereichs, die mit Einfallswinkeln in einem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel trifft, ist der dielektrische Spiegel reflektierend. Der erste Winkelbereich und der zweite Winkelbereich überlappen bevorzugt nicht. In accordance with at least one embodiment, the dielectric mirror is transparent to radiation of a predefined wavelength or a predefined wavelength range which is generated in the component and which strikes the first dielectric mirror at angles of incidence in a predefined first angular range. The dielectric mirror is reflective for radiation of the predetermined wavelength or the predetermined wavelength range which strikes the dielectric mirror with angles of incidence in a predetermined second angular range. The first angular range and the second angular range preferably do not overlap.
Einfallswinkel werden hier als Winkel zu einer Normalen auf den dielektrischen Spiegel gemessen. Unter einer Normalen auf einen dielektrischen Spiegel ist eine Normale auf die Haupterstreckungsebene des dielektrischen Spiegels zu verstehen. Angles of incidence are measured here as an angle to a normal to the dielectric mirror. A normal to a dielectric mirror is to be understood as a normal to the main extension plane of the dielectric mirror.
Unter „durchlässig" wird hier und im Folgenden verstanden, dass ein Element mindestens 75 %, bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 99 % einer Strahlung transmittiert oder durchlässt. Unter „reflektierend" wird verstanden, dass ein Element mehr als 75 %, bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 99 % einer Strahlung reflektiert. "Transparent" is understood here and below to mean that an element transmits or lets through at least 75%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 99%. "Reflective" is understood to mean that an element preferably more than 75% at least 90%, particularly preferably at least 99% of a radiation is reflected.
Die Begriffe „vorgegebener erster Winkelbereich" und „vorgegebener zweiter Winkelbereich" beziehen sich darauf, dass beim Design eines dielektrischen Spiegels der Winkelbereich, in dem dieser durchlässig ist, und der Winkelbereich, in dem dieser reflektierend ist, durch Auswahl der Materialien der dielektrischen Schichten und der Dicke der dielektrischen Schichten präzise und wunschgemäß eingestellt werden kann. Insofern können die Winkelbereiche für Transmission und Reflexion vorgegeben oder gewählt oder bestimmt werden. The terms "predetermined first angular range" and "predetermined second angular range" refer to the fact that, when designing a dielectric mirror, the angular range in which it is transparent and the angular range in which it is reflective is determined by the selection of the materials of the dielectric layers and the thickness of the dielectric layers can be adjusted precisely and as desired. In this respect, the angular ranges for transmission and reflection can be specified or selected or determined.
Die Begriffe „vorgegebene Wellenlänge" oder „vorgegebener Wellenlängenbereich" beziehen sich darauf, dass die eben erwähnte Winkelselektivität eines dielektrischen Spiegels meist nur auf eine bestimmte Wellenlänge und bestimmten Bereich um diese Wellenlänge optimiert werden kann. Auch dabei spielt die Wahl der Dicken und der Materialien der dielektrischen Schichten eine Rolle. Insofern kann beim Design eines dielektrischen Spiegels eine Wellenlänge beziehungsweise ein Wellenlängenbereich vorgegeben oder gewählt oder bestimmt werden, für die oder den der dielektrische Spiegel optimal winkelselektiv arbeiten soll. The terms “predetermined wavelength” or “predetermined wavelength range” refer to the fact that the above-mentioned angular selectivity of a dielectric mirror can usually only be optimized to a specific wavelength and a specific range around this wavelength. The choice of the thicknesses and materials of the dielectric layers also play a role here. In this respect, when designing a dielectric mirror, a wavelength or a wavelength range can be specified or selected or determined for which the dielectric mirror is to operate in an optimally angle-selective manner.
Bei der vorgegebenen Wellenlänge beziehungsweise dem vorgegebenen Wellenlängenbereich kann es sich um eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich im Spektrum der Primärstrahlung handeln, beispielsweise um die Wellenlänge, bei der die Intensität der Primärstrahlung ein Maximum aufweist. Alternativ kann es sich bei der vorgegebenen Wellenlänge/Wellenlängenbereich aber auch um eine Wellenlänge/einen Wellenlängenbereich im Spektrum einer Strahlung handeln, die aus Konversion im Bauelement entsteht. The predetermined wavelength or the predetermined wavelength range can be a wavelength or a wavelength range in the spectrum of the primary radiation, for example the wavelength at which the intensity of the primary radiation has a maximum. Alternatively, the specified wavelength / wavelength range can also be one Act wavelength / a wavelength range in the spectrum of a radiation that arises from conversion in the component.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich zur Erzeugung elektromagnetischer Primärstrahlung und eine Austrittsfläche. Ferner umfasst das Bauelement ein der Austrittsfläche nachgeordnetes optisches Element zur Umlenkung und/oder Konversion von im Bauelement erzeugter Strahlung sowie einen dielektrischen Spiegel zwischen der Austrittsfläche und dem optischen Element. Der dielektrische Spiegel ist für eine im Bauelement erzeugte Strahlung einer vorgegebenen Wellenlänge, die mit Einfallswinkel in einem vorgegebenen ersten Winkelbereich auftrifft, durchlässig und für die Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge, die mit Einfallswinkel in einem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auftrifft, reflektierend. In at least one embodiment, the optoelectronic component comprises a semiconductor body with an active region for generating electromagnetic primary radiation and an exit area. Furthermore, the component comprises an optical element arranged downstream of the exit surface for deflecting and / or converting radiation generated in the component, as well as a dielectric mirror between the exit surface and the optical element. The dielectric mirror is transparent to radiation of a predetermined wavelength generated in the component, which strikes at an angle of incidence in a predetermined first angular range, and is reflective for radiation of the predetermined wavelength, which strikes at an angle of incidence in a predetermined second angular range.
In mindestens einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich zur Erzeugung elektromagnetischer Primärstrahlung und eine Austrittsfläche. Ferner umfasst das Bauelement eine der Austrittsfläche nachgeordnete Metalinse sowie einen Polarisationsfilter zwischen der Metalinse und der Austrittsfläche. Die Metalinse ist insbesondere auf der Austrittsfläche angeordnet. In at least one further embodiment of the optoelectronic component, the latter comprises a semiconductor body with an active region for generating electromagnetic primary radiation and an exit area. Furthermore, the component comprises a metal lens arranged downstream of the exit surface and a polarization filter between the metal lens and the exit surface. The metal lens is arranged in particular on the exit surface.
Die vorliegende Erfindung basiert insbesondere auf der Erkenntnis, dass viele optische Elemente, die in optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden, häufig nur dann optimal funktionieren, wenn die in dem Bauelement erzeugte und auf das optische Element treffende Strahlung bestimmte Strahleigenschaften erfüllt. Beispielsweise sind einige optische Elemente nur effizient, wenn die auftreffende Strahlung in einem schmalen Winkelbereich zur Normalen auftrifft. Andere optische Elemente arbeiten beispielsweise nur effizient, wenn die auftreffende Strahlung polarisiert ist. Manche optischen Elemente können auch nur effizient arbeiten, wenn sowohl direktionale als auch polarisierte Strahlung auftrifft. The present invention is based in particular on the knowledge that many optical elements that are used in optoelectronic components often only function optimally if the radiation generated in the component and striking the optical element fulfills certain beam properties. For example, some optical elements are only efficient when the one that hits them Radiation strikes in a narrow range of angles to the normal. For example, other optical elements only work efficiently if the incident radiation is polarized. Some optical elements can only work efficiently if both directional and polarized radiation are incident.
Bei der vorliegenden Erfindung wird von der Idee Gebrauch gemacht, vor einem optischen Element in einem optoelektronischen Bauelement ein Selektionselement in Form eines dielektrischen Spiegels und/oder eines Polarisationsfilters anzuordnen. Dieses Selektionselement lässt nur Strahlung einer vorgegebenen Wellenlänge in einem vorgegebenen ersten Winkelbereich durch und/oder lässt nur Strahlung einer vorgegebenen Polarisation durch. Durch diese Vorselektion der Strahlung kann das optische Element dann effizienter oder optimal arbeiten. The present invention makes use of the idea of arranging a selection element in the form of a dielectric mirror and / or a polarization filter in front of an optical element in an optoelectronic component. This selection element only lets radiation of a predetermined wavelength through in a predetermined first angular range and / or only lets radiation of a predetermined polarization through. This preselection of the radiation enables the optical element to work more efficiently or optimally.
Das hier offenbarte Bauelement eignet sich beispielsweise als Strahlungsquelle für sichtbares und unsichtbares Licht in einem Scheinwerfer, insbesondere in einem Frontscheinwerfer eines Fahrzeuges, oder in einem Projektor oder als Strahlungsquelle für Sensorikanwendungen oder für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays, zum Beispiel eines Smartphone-Displays oder eines Displays für einen Fahrzeuginnenraum. The component disclosed here is suitable, for example, as a radiation source for visible and invisible light in a headlight, in particular in a headlight of a vehicle, or in a projector or as a radiation source for sensor applications or for the background lighting of a display, for example a smartphone display or a display for a vehicle interior.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der erste Winkelbereich alle Einfallswinkel zwischen einschließlich 0° und ex, gemessen zu einer Normalen auf den dielektrischen Spiegel. Der erste Winkelbereich bildet also einen Kegel mit der Normalen als Rotationsachse und einem Öffnungswinkel von 2· . hat beispielsweise einen Wert von höchstens 75° oder höchstens 60° oder höchstens 45° oder höchstens 30° oder höchstens 20° oder höchstens 10°. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Wert für beispielsweise zumindest 5° oder zumindest 10°. According to at least one embodiment, the first angular range comprises all angles of incidence between 0 ° and ex, measured to a normal to the dielectric mirror. The first angular range thus forms a cone with the normal as the axis of rotation and an opening angle of 2 ·. has a value of at most 75 ° or, for example a maximum of 60 ° or a maximum of 45 ° or a maximum of 30 ° or a maximum of 20 ° or a maximum of 10 °. Alternatively or additionally, the value is for example at least 5 ° or at least 10 °.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der zweite Winkelbereich alle Einfallswinkel von mindestens ß, gemessen zur Normalen auf den dielektrischen Spiegel, wobei ß > gilt. Bevorzugt ist ß zumindest 1° oder zumindest 5° oder zumindest 10° größer als a. Alternativ oder zusätzlich ist ß höchstens 10° oder höchstens 5° größer als a. Bevorzugt umfasst der zweite Winkelbereich alle Einfallswinkel zwischen einschließlich ß und 90°. According to at least one embodiment, the second angular range comprises all angles of incidence of at least β, measured to the normal to the dielectric mirror, where β> applies. Preferably, β is at least 1 ° or at least 5 ° or at least 10 ° greater than a. Alternatively or additionally, ß is at most 10 ° or at most 5 ° greater than a. The second angular range preferably includes all angles of incidence between β and 90 °, inclusive.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der dielektrische Spiegel einen Transmissionsgrad von zumindest 75 % oder zumindest 90 % oder zumindest 99 % für mit Einfallswinkeln im ersten Winkelbereich auftreffende Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge/des vorgegebenen Wellenlängenbereichs und einen Reflexionsgrad von zumindest 75 % oder zumindest 90 % oder zumindest 99 % für mit Einfallswinkeln im zweiten Winkelbereich auftreffende Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge/des vorgegebenen Wellenlängenbereichs auf. Die angegebenen Werte des Transmissionsgrads und des Reflexionsgrads für Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge/des vorgegebenen Wellenlängenbereichs gelten besonders bevorzugt für alle Einfallswinkel in dem jeweiligen Winkelbereich . According to at least one embodiment, the dielectric mirror has a transmittance of at least 75% or at least 90% or at least 99% for radiation of the predetermined wavelength / the predetermined wavelength range impinging at angles of incidence in the first angular range and a reflectance of at least 75% or at least 90% or at least 99% for radiation of the specified wavelength / the specified wavelength range impinging at angles of incidence in the second angular range. The specified values of the degree of transmission and the degree of reflection for radiation of the specified wavelength / the specified wavelength range apply particularly preferably to all angles of incidence in the respective angular range.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optische Element eine Umlenkstruktur. Die Umlenkstruktur ist derart ausgebildet, dass die durch die Umlenkstruktur durchtretende Strahlung des Bauelements in eine x-Richtung zerstreut wird und in einer y-Richtung, senkrecht zur x-Richtung, weniger oder nicht zerstreut wird. Die x-Richtung und y-Richtung verlaufen beispielsweise beide parallel zurAccording to at least one embodiment, the optical element comprises a deflection structure. The deflecting structure is designed in such a way that the radiation of the component passing through the deflecting structure is scattered in an x direction and is less or not scattered in a y-direction, perpendicular to the x-direction. The x-direction and y-direction, for example, both run parallel to the
Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers. Beispielsweise wird durch die Umlenkstruktur der Öffnungswinkel der Strahlung in x-Richtung um zumindest 50 % oder zumindest 100 % oder zumindest 200 % vergrößert. In y-Richtung wird der Öffnungswinkel beispielsweise um höchstens 50 % oder höchstens 20 % vergrößert. Main plane of extent of the semiconductor body. For example, the deflection structure increases the opening angle of the radiation in the x direction by at least 50% or at least 100% or at least 200%. In the y direction, the opening angle is increased, for example, by a maximum of 50% or a maximum of 20%.
Anders ausgedrückt: Betrachtet man die Strahlungsstärke- Verteilungskurve in einer Schnittebene senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers und parallel zur x-Richtung, so beträgt der Öffnungswinkel der Verteilungskurve für die Strahlung unmittelbar nach dem Hindurchtreten durch die Umlenkstruktur zumindest das 1,5- Fache oder zumindest das 2-Fache oder zumindest das 3-Fache des Öffnungswinkels der Strahlungsstärke-Verteilungskurve der Strahlung unmittelbar vor dem Hindurchtreten durch die Umlenkstruktur. Betrachtet man die Strahlungsstärke- Verteilungskurve hingegen in einer Schnittebene senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers und parallel zur y-Richtung, dann beträgt der Öffnungswinkel der Verteilungskurve der Strahlung unmittelbar nach dem Hindurchtreten durch die Umlenkstruktur höchstens das 1,5- Fache oder höchstens das 1,2-Fache des Öffnungswinkels unmittelbar vor dem Hindurchtreten. Unter dem Öffnungswinkel wird hier der Winkelbereich verstanden, in der die Strahlungsstärke der Strahlung zumindest 50 % ihres Maximums aufweist . In other words: If the radiation intensity distribution curve is viewed in a section plane perpendicular to the main extension plane of the semiconductor body and parallel to the x-direction, the opening angle of the distribution curve for the radiation immediately after passing through the deflection structure is at least 1.5 times or at least that 2 times or at least 3 times the opening angle of the radiation intensity distribution curve of the radiation immediately before passing through the deflection structure. If, on the other hand, the radiation intensity distribution curve is viewed in a section plane perpendicular to the main extension plane of the semiconductor body and parallel to the y-direction, then the opening angle of the distribution curve of the radiation immediately after passing through the deflection structure is at most 1.5 times or at most 1.2 - times the opening angle immediately before stepping through. The opening angle is understood here to mean the angular range in which the radiation intensity of the radiation is at least 50% of its maximum.
Durch die Einstellung der Strahlung auf einen ersten Winkelbereich kann anschließend mit der Umlenkstruktur eine besonders starke Asymmetrie der Öffnungswinkel des Fernfelds in x-Richtung und y-Richtung erzielt werden. Tatsächlich sind bei manchen Anwendungen optoelektronischer Bauelemente solche Fernfeldmuster gewünscht. Ein Beispiel ist die Einkopplung von Strahlung aus einem optoelektronischen Bauelement in einen flachen Wellenleiter, bei der ein stark asymmetrisches Fernfeld von Vorteil ist. By setting the radiation to a first angular range, a particularly strong asymmetry of the opening angle of the far field in the x-direction and y-direction can be achieved. In fact, in some applications of optoelectronic components, such far-field patterns are desired. One example is the coupling of radiation from an optoelectronic component into a flat waveguide, in which a strongly asymmetrical far field is advantageous.
Mit dem dielektrischen Spiegel wird also zunächst die Strahlung auf einen ersten Winkelbereich eingeschränkt, womit eine vollständige Einkopplung der Strahlung in die schmale Seite des Wellenleiters ermöglicht ist. Die Umlenkstruktur fächert die Strahlung dann in eine Raumrichtung auf, womit eine möglichst homogene Ausleuchtung der breiten Seite des Wellenleiters erfüllt wird. With the dielectric mirror, the radiation is initially restricted to a first angular range, which enables the radiation to be completely coupled into the narrow side of the waveguide. The deflection structure then fans out the radiation in one spatial direction, with the result that the broadest side of the waveguide is illuminated as homogeneously as possible.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Umlenkstruktur an einer Streuseite eine Strukturierung mit sich in y-Richtung erstreckenden Gräben auf. According to at least one embodiment, the deflection structure has a structuring on a scattering side with trenches extending in the y-direction.
Die Gräben erstrecken sich entlang der y-Richtung insbesondere geradlinig und bevorzugt über die gesamte oder nahezu die gesamte Ausdehnung der Umlenkstruktur in y- Richtung. Bevorzugt ist in jeder Schnittansicht parallel zur y-Richtung das Profil der Streuseite im Rahmen der Herstellungstoleranz eben. Bei Schnittansichten parallel zur x-Richtung ist das Profil der Streuseite hingegen strukturiert mit sich abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen, wobei die Vertiefungen den sich in y-Richtung erstreckenden Gräben zugeordnet sind. Die Erhebungen und Vertiefungen laufen beispielsweise jeweils spitz zu. Die Höhen der Erhebungen betragen beispielsweise jeweils zwischen einschließlich 100 nm und 50 pm. An der Streuseite wird auftreffende Strahlung in x-Richtung zerstreut und in y-Richtung weniger oder nicht zerstreut. Die Streuseite kann auf einer dem Halbleiterkörper zugewandten und/oder abgewandten Seite der Umlenkstruktur ausgebildet sein. Die Umlenkstruktur ist bevorzugt aus einem für die in dem Bauelement erzeugte Strahlung transparenten Material gebildet. Zum Beispiel ist die Umlenkstruktur aus Glas oder Silikon oder Epoxid oder Kunststoff oder SiOg oder NbOg oderThe trenches extend in particular in a straight line along the y-direction and preferably over the entire or almost the entire extent of the deflection structure in the y-direction. In each sectional view parallel to the y-direction, the profile of the scattering side is preferably flat within the manufacturing tolerance. In the case of sectional views parallel to the x-direction, on the other hand, the profile of the scattering side is structured with alternating elevations and depressions, the depressions being assigned to the trenches extending in the y-direction. The elevations and depressions, for example, each taper to a point. The heights of the elevations are, for example, between 100 nm and 50 pm, inclusive. On the scattering side, incident radiation is scattered in the x-direction and less or not scattered in the y-direction. The scattering side can be formed on a side of the deflecting structure facing and / or facing away from the semiconductor body. The deflecting structure is preferably formed from a material that is transparent to the radiation generated in the component. For example, the deflection structure is made of glass or silicone or epoxy or plastic or SiOg or NbOg or
TiOg oder SiN gebildet. Bevorzugt ist die Umlenkstruktur einstückig oder einteilig gebildet. TiOg or SiN formed. The deflecting structure is preferably formed in one piece or in one piece.
Die Streuseite kann an Luft grenzen oder kann mit einer Verkapselungsschicht überdeckt sein, die die Gräben auffüllt und an einer der Streuseite abgewandten Seite eben und/oder glatt ist. Dabei weist die Verkapselungsschicht bevorzugt ein transparentes Material mit einem anderen Brechungsindex als das der Umlenkstruktur auf. Durch den Brechungsindexunterschied wird eine Zerstreuung beim Hindurchtreten durch die Streuseite gewährleistet. Die ebene und/oder flache Seite der Verkapselungsschicht vereinfacht eine Montage des Bauelements, beispielsweise direkt auf einem Lichtleiter/Wellenleiter . The scattering side can border on air or can be covered with an encapsulation layer which fills the trenches and is flat and / or smooth on a side facing away from the scattering side. The encapsulation layer preferably has a transparent material with a different refractive index than that of the deflecting structure. The difference in refractive index ensures that it is scattered when passing through the scattering side. The planar and / or flat side of the encapsulation layer simplifies assembly of the component, for example directly on a light guide / waveguide.
Ein solches optoelektronisches Bauelement mit dielektrischem Spiegel und Umlenkstruktur kann beispielsweise in einem Frontend-Prozess auf Waferlevel hergestellt werden. Dann werden auf einem Wafer mit epitaktisch gewachsenem Halbleiterkörper ein dielektrischer Spiegel und dann eine Schicht abgeschieden, wobei die Schicht anschließend mit eindimensionalen Gräben strukturiert wird, zum Beispiel durch Lithographie. Danach wird der Wafer zerteilt, wodurch einzelne optoelektronische Bauelemente entstehen. Alternativ kann die Umlenkstruktur auch im Backendprozess auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden. Dann wird die Umlenkstruktur separat hergestellt, zum Beispiel durch Ätzen einer Seite eines Glasplättchens, welches danach der Austrittsfläche des Halbleiterkörpers nachgeordnet wird. Auf eine gegenüberliegende Seite des Glasplättchens kann zuvor auch der dielektrische Spiegel und/oder ein Konversionselement aufgebracht werden. Such an optoelectronic component with a dielectric mirror and deflection structure can be produced, for example, in a front-end process at wafer level. A dielectric mirror and then a layer are then deposited on a wafer with an epitaxially grown semiconductor body, the layer then being structured with one-dimensional trenches, for example by lithography. The wafer is then cut up, creating individual optoelectronic components. Alternatively, the deflection structure can also be applied to the semiconductor body in the back-end process. The deflection structure is then produced separately, for example by etching one side of a small glass plate, which is then arranged downstream of the exit surface of the semiconductor body. The dielectric mirror and / or a conversion element can also be applied beforehand to an opposite side of the small glass plate.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optische Element eine Metalinse. Eine Metalinse weist in Richtungen parallel zu dessen Haupterstreckungsrichtung eine Strukturierung im Brechungsindex auf. Die Strukturierung kann periodisch oder aperiodisch sein. Bereiche von gleichem Brechungsindex weisen jeweils eine laterale Ausdehnung auf, gemessen parallel zur Haupterstreckungsebene der Metalinse, von beispielsweise höchstens 1 gm und/oder mindestens 2 nm. According to at least one embodiment, the optical element comprises a metal lens. A metal lens has a structuring in the refractive index in directions parallel to its main direction of extent. The structuring can be periodic or aperiodic. Areas of the same refractive index each have a lateral extent, measured parallel to the main extension plane of the metal lens, of, for example, at most 1 gm and / or at least 2 nm.
Die Metalinse ist dabei insbesondere so auf dem Halbleiterkörper angeordnet, dass dessenThe metal lens is arranged in particular on the semiconductor body in such a way that its
Haupterstreckungsebene parallel zu der des Halbleiterkörpers verläuft. Die Metalinse weist beispielsweise eine Dicke, gemessen senkrecht zu dessen Haupterstreckungsebene, von höchstens 5 gm oder höchstens 1 pm oder höchstens 500 nm oder höchstens 100 nm auf. Main extension plane runs parallel to that of the semiconductor body. The metal lens has, for example, a thickness, measured perpendicular to its main extension plane, of at most 5 μm or at most 1 μm or at most 500 nm or at most 100 nm.
Die Metalinse kann eine Sammellinse oder Zerstreuungslinse sein. Die Metalinse kann so eingerichtet sein, dass sie ein asymmetrisches Fernfeld erzeugt. Auch kann die Metalinse so eingerichtet sein, dass sie ein strukturiertes Fernfeld erzeugt, was zum Beispiel bei IR-Anwendungen gewünscht sein kann. Zum Beispiel wirkt auch die Metalinse so, dass sie die hindurchtretende Strahlung in x-Richtung zerstreut und in y- Richtung weniger oder nicht zerstreut. Alle im Zusammenhang mit der Umlenkstruktur offenbarten Merkmale hinsichtlich der Öffnungswinkel-Asymmetrie in x- und y-Richtung sind entsprechend auch für die Metalinse offenbart. The metal lens can be a converging lens or a diverging lens. The metal lens can be configured to generate an asymmetrical far field. The metal lens can also be set up in such a way that it generates a structured far field, which can be desired, for example, in IR applications. For example, the metal lens also acts in such a way that it has the Radiation passing through is scattered in the x-direction and less or not scattered in the y-direction. All of the features disclosed in connection with the deflection structure with regard to the opening angle asymmetry in the x and y directions are correspondingly also disclosed for the metal lens.
Beispielsweise ist die Metalinse aus zumindest zwei Materialien unterschiedlicher Brechungsindizes gebildet. Die Materialien sind entlang der Haupterstreckungsebene nacheinander angeordnet, wodurch die Strukturierung im Brechungsindex gebildet ist. Zum Beispiel ist ein Material SiOg und ein anderes Material ist NbOg· Ebenso können die Materialien, die im Zusammenhang mit den dielektrischen Schichten genannt wurden, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Metalinse Löcher aufweisen, die sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene durch die Metalinse hindurch erstrecken und Bereiche eines Brechungsindex bilden. For example, the metal lens is formed from at least two materials with different refractive indices. The materials are arranged one after the other along the main extension plane, whereby the structuring in the refractive index is formed. For example, one material is SiOg and another material is NbOg. The materials mentioned in connection with the dielectric layers can also be used. As an alternative or in addition, the metal lens can have holes which extend perpendicular to the main extension plane through the metal lens and form regions of a refractive index.
Statt oder zusätzlich zu einer Metalinse kann auch ein photonischer Kristall eingesetzt werden. Instead of or in addition to a metal lens, a photonic crystal can also be used.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der Metalinse und dem Halbleiterkörper ein Polarisationsfilter, insbesondere ein reflektierendes Polarisationsgitter, angeordnet. Der Polarisationsfilter ist dazu eingerichtet, die im Bauelement erzeugte und auf den Polarisationsfilter treffende Strahlung zu polarisieren und Strahlung nur einer Polarisationsrichtung durchzulassen. Die an dem Polarisationsfilter reflektierte Strahlung kann durch Streuprozesse im Bauelement umpolarisiert werden und beim nächsten Auftreffen auf den Polarisationsfilter dann durchgelassen werden. Auch Metalinsen sorgen für eine effiziente Umlenkung, wenn die Strahlung möglichst gerichtet und/oder möglichst polarisiert auf die Metalinse trifft. Mit einer durch den dielektrischen Spiegel erreichten, direktionalen Emission als Grundlage kann eine Metalinse auch breitbandiges, weißes Licht gut in ein gewünschtes Fernfeld abbilden. Insofern sind der vorgelagerte dielektrische Spiegel und/oder der vorgelagerte Polarisationsfilter vorteilhaft. Metalinsen bieten den Vorteil, dass sie wesentlich flacher als übliche Linsen gestaltet werden können, sodass das gesamte Bauelement kompakter wird. Auch können bei Metalinsen alle Strukturen im Frontend-Prozess aufgebracht werden, was die Herstellung von Chip-Size-Package Bauelementen ermöglicht. According to at least one embodiment, a polarization filter, in particular a reflective polarization grating, is arranged between the metal lens and the semiconductor body. The polarization filter is set up to polarize the radiation generated in the component and incident on the polarization filter and to allow radiation of only one polarization direction to pass. The radiation reflected on the polarization filter can be repolarized by scattering processes in the component and then let through the next time it hits the polarization filter. Metal lenses also ensure efficient deflection when the radiation hits the metal lens as directed and / or as polarized as possible. With a directional emission achieved by the dielectric mirror as a basis, a metal lens can also image broadband, white light well in a desired far field. In this respect, the upstream dielectric mirror and / or the upstream polarization filter are advantageous. Metal lenses offer the advantage that they can be made much flatter than conventional lenses, so that the entire component is more compact. In the case of metal lenses, all structures can also be applied in the front-end process, which enables chip-size package components to be manufactured.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement ein Konversionselement, das zur Konversion von im Bauelement erzeugter Strahlung eingerichtet ist. Beispielsweise konvertiert das Konversionselement im Betrieb die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung. In accordance with at least one embodiment, the component comprises a conversion element which is set up to convert radiation generated in the component. For example, the conversion element converts the primary radiation into secondary radiation during operation.
Das Konversionselement umfasst oder besteht aus einem oder mehreren Konversionsmaterialien. Diese können zu einem keramischen Konversionselement gesintert sein oder zu einem Konversionselement gepresst sein. Alternativ kann das Konversionselement eine Matrix, zum Beispiel aus Silikon, umfassen, in der das Konversionsmaterial eingebettet und verteilt ist. The conversion element comprises or consists of one or more conversion materials. These can be sintered to form a ceramic conversion element or pressed to form a conversion element. Alternatively, the conversion element can comprise a matrix, for example made of silicone, in which the conversion material is embedded and distributed.
Das Konversionsmaterial kann beispielsweise ein Granat oder ein Nitrid oder ein Oxid oder ein Oxynitrid sein. Alternativ kann das Konversionsmaterial auch auf einem Halbleiter, wie CdSe, CdTe, CdS, basieren. Beispielsweise umfasst das Konversionsmaterial dann Quantenpunkte und/oder Nanoplättchen aus Halbleitermaterial. The conversion material can be, for example, a garnet or a nitride or an oxide or an oxynitride. Alternatively, the conversion material can also be based on a semiconductor such as CdSe, CdTe, CdS. For example, this includes Conversion material then quantum dots and / or nanoplates made of semiconductor material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optische Element das Konversionselement. Das heißt, der dielektrische Spiegel ist zwischen dem Konversionselement und der Austrittsfläche angeordnet. Im Betrieb trifft dann beispielsweise unkonvertierte Primärstrahlung auf den dielektrischen Spiegel. Die vorgegebene Wellenlänge ist dann bevorzugt eine Wellenlänge, für die die Primärstrahlung eine signifikante Intensität liefert. Zum Beispiel ist die vorgegebene Wellenlänge dann die, bei der die Intensitätsverteilung der Primärstrahlung ihr globales Maximum aufweist. According to at least one embodiment, the optical element comprises the conversion element. That is to say, the dielectric mirror is arranged between the conversion element and the exit surface. During operation, for example, unconverted primary radiation then strikes the dielectric mirror. The predetermined wavelength is then preferably a wavelength for which the primary radiation provides a significant intensity. For example, the predetermined wavelength is then that at which the intensity distribution of the primary radiation has its global maximum.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der dielektrische Spiegel für Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge mit großen Einfallswinkeln im ersten Winkelbereich einen höheren Transmissionsgrad auf als für Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge mit kleinen Einfallswinkeln im ersten Winkelbereich. Insbesondere ist der Transmissionsgrad für zumindest einige Einfallswinkel im ersten Winkelbereich und größer 0° größer als bei 0°. Zum Beispiel ist der Transmissionsgrad für alle Einfallswinkel zwischen einschließlich 0,6· und 0,9· größer, beispielsweise mindestens 5 % größer, als für alle Einfallswinkel zwischen einschließlich 0° und 0,3· . According to at least one embodiment, the dielectric mirror has a higher degree of transmission for radiation of the predetermined wavelength with large angles of incidence in the first angular range than for radiation of the predetermined wavelength with small angles of incidence in the first angular range. In particular, the transmittance for at least some angles of incidence in the first angular range and greater than 0 ° is greater than at 0 °. For example, the transmittance for all angles of incidence between 0.6 and 0.9 inclusive is greater, for example at least 5% greater, than for all angles of incidence between 0 ° and 0.3 inclusive.
Wird beispielsweise die Primärstrahlung mit Lambert scher Verteilung von der Austrittsfläche emittiert, so hat die durch den dielektrischen Spiegel hindurchgetretene Primärstrahlung für alle Winkel im ersten Winkelbereich im Wesentlichen die gleiche Intensität/Strahlungsstärke, bevorzugt sogar mit einer Überhöhung bei größeren Winkeln.If, for example, the primary radiation with Lambertian distribution is emitted from the exit surface, the primary radiation that has passed through the dielectric mirror has essentially the same intensity / radiation strength for all angles in the first angular range, preferably even with a superelevation at larger angles.
Die Intensität fällt beim Übergang zum zweiten Winkelbereich stark ab. The intensity drops sharply at the transition to the second angular range.
Bei Bauelementen mit Strahlungskonversion, insbesondere bei weißes Licht emittierenden Bauelementen, ist der Farbort abhängig vom Betrachtungswinkel. Dabei ist der Anteil von konvertiertem Licht (beispielsweise gelbem Licht) unter flachen Winkeln typischerweise höher als unter frontalem Blick auf die Leuchtfläche. Grund dafür ist die größere optische Weglänge der Primärstrahlung (beispielsweise blaues Licht) durch das Konversionselement und damit eine höhere Absorption für flache Emissionswinkel. In der Anwendung ist jedoch häufig eine gleichmäßige Farberscheinung unabhängig vom Betrachtungswinkel gewünscht. In the case of components with radiation conversion, especially in the case of components emitting white light, the color point depends on the viewing angle. The proportion of converted light (for example yellow light) is typically higher at flat angles than when the lighted area is viewed from the front. The reason for this is the longer optical path length of the primary radiation (for example blue light) through the conversion element and thus a higher absorption for flat emission angles. In the application, however, a uniform color appearance is often desired regardless of the viewing angle.
Bei dem dielektrischen Spiegel zwischen dem Konversionselement und dem Halbleiterkörper wird Primärstrahlung im zweiten Winkelbereich abgeschnitten. Im ersten Winkelbereich findet unter flacheren Emissionswinkeln (größere Einfallswinkel) eine höhere Transmission als unter steileren Emissionswinkeln (kleinere Einfallswinkel) statt. Dies führt zu einer Überkompensation der stärkeren Absorption der Primärstrahlung im Konversionselement bei flacheren Emissionswinkeln und damit zu einer homogeneren Farbortverteilung im ersten Winkelbereich. In the dielectric mirror between the conversion element and the semiconductor body, primary radiation is cut off in the second angular range. In the first angular range, a higher transmission takes place at flatter emission angles (larger angles of incidence) than at steeper emission angles (smaller angles of incidence). This leads to an overcompensation of the stronger absorption of the primary radiation in the conversion element in the case of flatter emission angles and thus to a more homogeneous color locus distribution in the first angular range.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement zwischen dem dielektrischen Spiegel und der Austrittsfläche angeordnet. Das Konversionselement erzeugt bei der Konversion von im Bauelement erzeugter Strahlung, insbesondere der Primärstrahlung, eine Sekundärstrahlung. Das Konversionselement kann zur Vollkonversion oder Teilkonversion eingerichtet sein. According to at least one embodiment, the conversion element is arranged between the dielectric mirror and the exit surface. During the conversion of radiation generated in the component, in particular the primary radiation, the conversion element generates a Secondary radiation. The conversion element can be set up for full conversion or partial conversion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der dielektrische Spiegel für Sekundärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in dem vorgegebenen ersten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel trifft, durchlässig. Ebenso kann der dielektrische Spiegel für Primärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in dem vorgegebenen ersten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel trifft, durchlässig sein. According to at least one embodiment, the dielectric mirror is transparent to secondary radiation which strikes the dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined first angular range. Likewise, the dielectric mirror can be transparent to primary radiation which strikes the dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined first angular range.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der dielektrische Spiegel für Sekundärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in dem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel trifft, reflektierend. Ebenso kann der dielektrische Spiegel für Primärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in dem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel trifft, reflektierend sein. According to at least one embodiment, the dielectric mirror is reflective for secondary radiation which strikes the dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined second angular range. Likewise, the dielectric mirror can be reflective for primary radiation which strikes the dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined second angular range.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein weiterer dielektrischer Spiegel zwischen dem Konversionselement und der Austrittsfläche angeordnet. Der weitere dielektrische Spiegel kann wie der dielektrische Spiegel mehrere dielektrische Schichten aufweisen. Alle im Zusammenhang mit dem dielektrischen Spiegel offenbarten Merkmale sind auch für den weiteren dielektrischen Spiegel offenbart. According to at least one embodiment, a further dielectric mirror is arranged between the conversion element and the exit surface. Like the dielectric mirror, the further dielectric mirror can have a plurality of dielectric layers. All of the features disclosed in connection with the dielectric mirror are also disclosed for the further dielectric mirror.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der weitere dielektrische Spiegel für Primärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in dem vorgegebenen ersten Winkelbereich auf den weiteren dielektrischen Spiegel trifft, durchlässig. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der weitere dielektrische Spiegel für Primärstrahlung, die in dem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auf den weiteren dielektrischen Spiegel trifft, reflektierend. In accordance with at least one embodiment, the further dielectric mirror is transparent to primary radiation which strikes the further dielectric mirror at angles of incidence in the predetermined first angular range. In accordance with at least one embodiment, the further dielectric mirror is reflective for primary radiation which strikes the further dielectric mirror in the predefined second angular range.
Der weitere dielektrische Spiegel kann bei allen Einfallswinkeln für die Sekundärstrahlung reflektierend sein. The further dielectric mirror can be reflective for the secondary radiation at all angles of incidence.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Austrittsfläche eine Strukturierung auf. Beispielsweise ist die Austrittsfläche aufgeraut. Eine mittlere Rauheit der Austrittsfläche beträgt dann beispielsweise zumindest 500 nm oder zumindest 1000 nm. Durch die Strukturierung der Austrittsfläche kann eine Umverteilung der von dem oder den dielektrischen Spiegeln reflektierten Strahlung erreicht werden, so dass diese beim nächsten Auftreffen auf einen dielektrischen Spiegel gegebenenfalls mit einem Einfallswinkel im ersten Winkelbereich auf den jeweiligen dielektrischen Spiegel trifft. According to at least one embodiment, the exit surface has a structure. For example, the exit surface is roughened. A mean roughness of the exit surface is then, for example, at least 500 nm or at least 1000 nm. The structuring of the exit surface can achieve a redistribution of the radiation reflected by the dielectric mirror or mirrors, so that the next time it hits a dielectric mirror, it may have an angle of incidence meets the respective dielectric mirror in the first angular range.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf die Austrittsfläche eine Planarisierungsschicht aufgebracht, die an einer dem Halbleiterkörper abgewandten Seite planar und/oder glatt ist. Die Planarisierungsschicht ist insbesondere direkt auf die Austrittsfläche aufgebracht. Insbesondere ist die Planarisierungsschicht dann also zwischen dem dielektrischen Spiegel und der Austrittsfläche angeordnet. Die Planarisierungsschicht umfasst bevorzugt ein für die im Bauelement erzeugte Strahlung, insbesondere die Primärstrahlung oder konvertierte Strahlung, transparentes Material, wie Siliziumdioxid (SiOg)· DieIn accordance with at least one embodiment, a planarization layer is applied to the exit area, which is planar and / or smooth on a side facing away from the semiconductor body. In particular, the planarization layer is applied directly to the exit surface. In particular, the planarization layer is then arranged between the dielectric mirror and the exit surface. The planarization layer preferably comprises a material that is transparent to the radiation generated in the component, in particular the primary radiation or converted radiation, such as silicon dioxide (SiOg)
Planarisierungsschicht vereinfacht und verbessert die Aufbringung der dielektrischen Spiegel. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der Metalinse und dem dielektrischen Spiegel oder zwischen der Metalinse und dem Polarisationsfilter ein Glasplättchen angeordnet. Das Glasplättchen kann selbsttragend sein. Zum Beispiel hat das Glasplättchen eine mittlere Dicke von zumindest 50 gm und/oder höchstens 500 gm. Planarization layer simplifies and improves the application of the dielectric mirrors. According to at least one embodiment, a small glass plate is arranged between the metal lens and the dielectric mirror or between the metal lens and the polarization filter. The glass plate can be self-supporting. For example, the glass plate has an average thickness of at least 50 gm and / or at most 500 gm.
Für die Herstellung des Bauelements mit Metalinse und Glasplättchen wird beispielsweise auf einer ersten Seite eines Glaswafers eine für das gewünschte Fernfeld entworfene Metalinse hergestellt. Auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite werden der dielektrische Spiegel und/oder der Polarisationsfilter aufgebracht. Ferner kann auf dieser zweiten Seite ein Konversionselement aufgebracht werden. Der Glaswafer wird in einzelne Glasplättchen jeweils mit einer Metalinse, einem dielektrischen Spiegel und/oder einem Polarisationsfilter und gegebenenfalls mit einem Konversionselement vereinzelt. Diese werden dann auf Austrittsflächen von Halbleiterkörpern aufgeklebt. Alternativ wäre es auch denkbar, den Glaswafer mit den verschiedenen Elementen im Verbund auf einen Wafer mit epitaktisch gewachsenem Halbleiterkörper aufzubringen, und dann den Glaswafer zusammen mit dem Halbleiterkörper-Wafer in einzelnen Bauelemente zu vereinzeln. For the production of the component with metal lens and glass plate, for example, a metal lens designed for the desired far field is produced on a first side of a glass wafer. The dielectric mirror and / or the polarization filter are applied on an opposite, second side. Furthermore, a conversion element can be applied to this second side. The glass wafer is separated into individual glass plates each with a metal lens, a dielectric mirror and / or a polarization filter and, if necessary, with a conversion element. These are then glued onto the exit surfaces of semiconductor bodies. Alternatively, it would also be conceivable to apply the glass wafer with the various elements as a composite to a wafer with an epitaxially grown semiconductor body, and then to separate the glass wafer together with the semiconductor body wafer into individual components.
Statt den Polarisationsfilter und/oder den dielektrischen Spiegel oder das Konversionselement auf der zweiten Seite des Glaswafers auszubilden, können eines oder mehrere dieser Elemente auch auf der Austrittsfläche des Halbleiterkörpers, beispielswiese bereits im Frontend-Prozess auf dem Wafer, ausgebildet werden und danach wird der Glaswafer oder das Glasplättchen mit der Metalinse auf den Halbleiterkörper aufgebracht . Instead of forming the polarization filter and / or the dielectric mirror or the conversion element on the second side of the glass wafer, one or more of these elements can also be formed on the exit surface of the semiconductor body, for example already in the front-end process on the wafer, and then the glass wafer is formed or that Glass plate applied to the semiconductor body with the metal lens.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert das Bauelement im Betrieb weißes Licht. Insbesondere bildet eine Mischung aus der Primärstrahlung und der durch Konversion entstandenen Strahlung weißes Licht. In accordance with at least one embodiment, the component emits white light during operation. In particular, a mixture of the primary radiation and the radiation resulting from conversion forms white light.
Alternativ ist aber auch denkbar, dass die von dem Bauelement im Betrieb emittierte Strahlung Strahlung im roten und/oder infraroten Spektralbereich ist. Zum Beispiel liegt die Primärstrahlung im roten oder infraroten Spektralbereich und die durch Konversion entstandene Strahlung im infraroten Bereich. Das Bauelement eignet sich dann beispielsweise als Strahlungsquelle in Spektrometer- oder Sensorik-Anwendungen. Alternatively, however, it is also conceivable that the radiation emitted by the component during operation is radiation in the red and / or infrared spectral range. For example, the primary radiation is in the red or infrared spectral range and the radiation resulting from conversion is in the infrared range. The component is then suitable, for example, as a radiation source in spectrometer or sensor applications.
Als nächstes wird die Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Next, the lighting device will be given.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement. Ferner umfasst das Bauelement einen Lichtleiter (auch Wellenleiter genannt) mit einer Einkoppelseite, über die im Betrieb von dem Bauelement kommende Strahlung in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Beispielsweise ist das Bauelement unmittelbar oder mittelbar auf der Einkoppelseite befestigt. In accordance with at least one embodiment, the lighting device comprises an optoelectronic component described here. Furthermore, the component comprises a light guide (also called a waveguide) with a coupling-in side via which radiation coming from the component during operation is coupled into the light guide. For example, the component is attached directly or indirectly to the coupling side.
Im Betrieb wird die in den Lichtleiter eingekoppelte Strahlung entlang des Lichtleiters geführt und eventuell stellenweise gezielt wieder ausgekoppelt. Der Lichtleiter umfasst oder besteht zum Beispiel aus Glas oder Kunststoff. Der Lichtleiter ist zum Beispiel ein Vollkörper. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Lichtleiter plättchenförmig mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten gebildet. Die Hauptseiten verlaufen insbesondere parallel zueinander. Die Hauptseiten können flach oder gekrümmt sein. Die Dicke des Lichtleiters, gemessen als Abstand zwischen den Hauptseiten, ist bevorzugt geringer als die Ausdehnung der Hauptseiten in jede Richtung. Ausdehnungen des Wellenleiters entlang der Hauptseiten sind beispielsweise zumindest fünfmal oder zumindest zehnmal oder zumindest 20- mal so groß wie die Dicke des Lichtleiters. Eine Dicke des Lichtleiters beträgt zum Beispiel höchstens 1 mm oder höchstens 500 pm. Ausdehnungen entlang der Hauptseiten betragen beispielsweise zumindest 1 cm oder zumindest 5 cm. During operation, the radiation coupled into the light guide is guided along the light guide and possibly decoupled again in a targeted manner. The light guide comprises or consists, for example, of glass or plastic. The light guide is, for example, a solid body. According to at least one embodiment, the light guide is formed in the shape of a plate with two main sides lying opposite one another. The main sides in particular run parallel to one another. The main sides can be flat or curved. The thickness of the light guide, measured as the distance between the main sides, is preferably less than the extent of the main sides in each direction. Extensions of the waveguide along the main sides are, for example, at least five times or at least ten times or at least 20 times as great as the thickness of the light guide. A thickness of the light guide is, for example, at most 1 mm or at most 500 μm. Extensions along the main sides are, for example, at least 1 cm or at least 5 cm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Einkoppelseite durch eine die Hauptseiten verbindende Querseite gebildet.According to at least one embodiment, the coupling side is formed by a transverse side connecting the main sides.
Die Querseite hat eine kleinere Fläche als jede der Hauptseiten. Zum Beispiel ist die Fläche der Querseite höchstens ein Fünftel oder höchstens ein Zehntel oder höchstens 1/20 der Fläche der Hauptseiten. Die Querseite ist länglich und bevorzugt rechteckig. Die Hauptseiten können jeweils rechteckig sein. The transverse side has a smaller area than each of the main sides. For example, the area of the transverse side is at most one fifth or at most one tenth or at most 1/20 the area of the main pages. The transverse side is elongated and preferably rectangular. The main pages can each be rectangular.
Über eine der Hauptseiten kann im Betrieb die über die Einkoppelseite eingetretene Strahlung wieder ausgekoppelt werden. Die Beleuchtungsvorrichtung eignet sich dann insbesondere als Hintergrundbeleuchtung für ein Display, zum Beispiel ein Smartphone-Display oder ein Display für einen Fahrzeuginnenraum. During operation, the radiation that has entered via the coupling-in side can be decoupled again via one of the main sides. The lighting device is then particularly suitable as background lighting for a display, for example a smartphone display or a display for a vehicle interior.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Bauelement um eines mit einer wie oben beschriebenen Umlenkstruktur oder einer Metalinse. Das Bauelement ist dann bevorzugt so an der Einkoppelseite angeordnet, dass die x-Richtung parallel zu den Hauptseiten beziehungsweise parallel zur längeren Kante der Querseite verläuft und dass die y-Richtung senkrecht zu den Hauptseiten beziehungsweise parallel zur kürzeren Kante der Querseite verläuft. For example, the component is one with a deflection structure as described above or a metal lens. The component is then preferably so on Coupling side arranged that the x-direction runs parallel to the main sides or parallel to the longer edge of the transverse side and that the y-direction runs perpendicular to the main sides or parallel to the shorter edge of the transverse side.
Das Bauelement ist insbesondere kleiner als die Querseite/Einkoppelseite, sodass in einer Draufsicht betrachtet das Bauelement vollständig innerhalb der Querseite liegt. Bevorzugt umfasst die Beleuchtungsvorrichtung mehrere wie hier beschriebene Bauelemente, die in eine Richtung parallel zur längeren Kante der Querseite hintereinander angeordnet sind und deren Strahlung jeweils über die Einkoppelseite in den Lichtleiter eingekoppelt wird. The component is in particular smaller than the transverse side / coupling side, so that, viewed in a plan view, the component lies completely within the transverse side. The lighting device preferably comprises a plurality of components as described here, which are arranged one behind the other in a direction parallel to the longer edge of the transverse side and whose radiation is in each case coupled into the light guide via the coupling side.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements und der Beleuchtungsvorrichtung ergeben sich aus den folgenden im Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und dieFurther advantages and advantageous configurations and developments of the optoelectronic component and the lighting device emerge from the following exemplary embodiments illustrated in connection with the figures. Identical, identical or identically acting elements are provided with the same reference symbols in the figures. The characters and the
Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. The proportions of the elements shown in the figures are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements, in particular layer thicknesses, can be shown exaggeratedly large for better displayability and / or for better understanding.
Es zeigen: Show it:
Figuren 1 bis 9 Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Bauelements in verschiedenen Ansichten, Figur 10 ein Ausführungsbeispiel für das von einem Bauelement erzeugte Fernfeld, Figures 1 to 9 exemplary embodiments of the optoelectronic component in different views, FIG. 10 shows an exemplary embodiment for the far field generated by a component,
Figuren 11 bis 15 Ausführungsbeispiele von Beleuchtungsvorrichtungen in verschiedenen Ansichten. Figures 11 to 15 embodiments of lighting devices in different views.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 10 in Querschnittsansicht. Das Bauelement 10 umfasst einen Halbleiterkörper 1, beispielsweise auf Basis von AlInGaN, mit einem aktiven Bereich (nicht gezeigt). In dem aktiven Bereich wird im bestimmungsgemäßen Betrieb eine inkohärente Primärstrahlung erzeugt. Vorliegend handelt es sich bei der Primärstrahlung zum Beispiel um Strahlung im blauen Spektralbereich. FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an optoelectronic component 10 in a cross-sectional view. The component 10 comprises a semiconductor body 1, for example based on AlInGaN, with an active region (not shown). In normal operation, incoherent primary radiation is generated in the active area. In the present case, the primary radiation is, for example, radiation in the blue spectral range.
Auf einer Austrittsfläche 2 des Halbleiterkörpers 1 ist ein dielektrischer Spiegel 3 angeordnet. Über die Austrittsfläche 2 tritt im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauelements 10 ein Großteil der von dem Halbleiterkörper 1 erzeugten Primärstrahlung aus dem Halbleiterkörper 1 aus. Der dielektrische Spiegel 3 ist so eingerichtet, dass er für Primärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in einem ersten Winkelbereich zwischen einschließlich 0° und auftrifft, durchlässig ist und für Primärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in einem zweiten Winkelbereich außerhalb des ersten Winkelbereichs (von ß bis 90°) auftrifft, reflektierend ist. Vorliegend beträgt der Wert für beispielsweise 30°. Der Wert für ß beträgt beispielsweis 35°. A dielectric mirror 3 is arranged on an exit surface 2 of the semiconductor body 1. During normal operation of the component 10, a large part of the primary radiation generated by the semiconductor body 1 emerges from the semiconductor body 1 via the exit surface 2. The dielectric mirror 3 is set up in such a way that it is transparent to primary radiation which strikes with angles of incidence in a first angle range between 0 ° and inclusive and for primary radiation which strikes with angles of incidence in a second angle range outside the first angle range (from β to 90 ° ) is reflective. In the present case, the value for example is 30 °. The value for ß is, for example, 35 °.
Auf der dem Halbleiterkörper 1 abgewandten Seite des dielektrischen Spiegels 3 ist ein optisches Element 4, 5, 7 angeordnet, das dazu eingerichtet ist, die hindurchtretende Strahlung umzulenken und/oder zu konvertieren. Dazu weist das optische Element 4, 5, 7 insbesondere eine Dicke von zumindest einem Viertel der Wellenlänge auf, bei der die Primärstrahlung ihr Intensitätsmaximum hat. On the side of the dielectric mirror 3 facing away from the semiconductor body 1, an optical element 4, 5, 7 is arranged, which is set up to deflect and / or convert the radiation passing through. This shows that optical element 4, 5, 7 in particular a thickness of at least a quarter of the wavelength at which the primary radiation has its intensity maximum.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements 10. Hier ist zwischen dem dielektrischen Spiegel 3 und der Austrittsfläche 2 ein Konversionselement 7 angeordnet. Das Konversionselement 7 konvertiert im Betrieb die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung, zum Beispiel in Licht im gelben bis grünen und/oder orangen bis roten Spektralbereich. Der dielektrische Spiegel 3 ist für Sekundärstrahlung, die mit Einfallswinkeln im ersten Winkelbereich auftrifft, durchlässig und für Sekundärstrahlung, die mit Einfallswinkeln im zweiten Winkelbereich auftrifft, reflektierend. Die gleiche Winkelselektivität kann der dielektrische Spiegel 3 für die Primärstrahlung aufweisen. Das durch den dielektrischen Spiegel 3 hindurchtretende Licht ist insbesondere eine Mischung der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung, was beispielsweise weißes Licht ergibt. FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the optoelectronic component 10. Here, a conversion element 7 is arranged between the dielectric mirror 3 and the exit surface 2. During operation, the conversion element 7 converts the primary radiation into secondary radiation, for example into light in the yellow to green and / or orange to red spectral range. The dielectric mirror 3 is transparent to secondary radiation which strikes at angles of incidence in the first angular range and is reflective for secondary radiation which strikes at angles of incidence in the second angular range. The dielectric mirror 3 can have the same angular selectivity for the primary radiation. The light passing through the dielectric mirror 3 is in particular a mixture of the primary radiation and the secondary radiation, which results, for example, in white light.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem optischen Element um eine Umlenkstruktur 4, zum Beispiel aus Glas oder transparentem Silikon oder transparentem Kunststoff oder SiOg oder NbOg oder TiOg oder SiN, die auf einer dem Halbleiterkörper 1 abgewandten Streuseite 40 eine Strukturierung mit sich in einer y-Richtung erstreckenden Gräben 41 umfasst. Die Ansicht der Figur 2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur y-Richtung und parallel zu einer x- Richtung, wobei das Profil der Streuseite 40 sich entlang der x-Richtung abwechselnde Erhebungen und Vertiefungen aufweist. In the present exemplary embodiment, the optical element is a deflection structure 4, for example made of glass or transparent silicone or transparent plastic or SiOg or NbOg or TiOg or SiN, which on a scattering side 40 facing away from the semiconductor body 1 has a structure with it in a Comprises trenches 41 extending in the y-direction. The view in FIG. 2 shows a section perpendicular to the y direction and parallel to an x direction, the profile of the scattering side 40 having elevations and depressions alternating along the x direction.
Figur 3 zeigt das Bauelement der Figur 2 in Draufsicht auf die Streuseite 40. Es ist zu erkennen, dass sich die Gräben 41 in y-Richtung linear und über die gesamte Ausdehnung der Umlenkstruktur 4 in diese Richtung erstrecken. FIG. 3 shows the component of FIG. 2 in a plan view of the scattering side 40. It can be seen that the trenches are located 41 extend linearly in the y direction and over the entire extent of the deflection structure 4 in this direction.
Die Auswirkung der Umlenkstruktur 4 auf die hindurchtretende Strahlung ist in den Figuren 2 und 3 durch die Pfeile angedeutet. In x-Richtung wird die durch den Spiegel 3 zunächst gerichtete oder gebündelte Strahlung, die auf die Streuseite 40 trifft, durch die Strukturierung zerstreut. In y-Richtung behält die gerichtete Strahlung im Wesentlichen ihre Direktionalität. The effect of the deflecting structure 4 on the radiation passing through is indicated in FIGS. 2 and 3 by the arrows. In the x direction, the radiation that is initially directed or bundled by the mirror 3 and hits the scattering side 40 is scattered by the structuring. In the y direction, the directed radiation essentially retains its directionality.
Das dritte Ausführungsbeispiel der Figur 4 ähnelt dem der Figur 2. In der Figur 2 grenzt die Streuseite 40 an Luft, wodurch es an dieser Seite zu einem Brechungsindexsprung kommt. In Figur 4 grenzt die Streuseite 40 an eine Verkapselungsschicht 42, die die Gräben 41 auffüllt. Die Verkapselungsschicht 42 ist so gewählt, dass sich ihr Brechungsindex von dem der Umlenkstruktur 4 unterscheidet.The third exemplary embodiment in FIG. 4 is similar to that in FIG. 2. In FIG. 2, the scattering side 40 borders on air, as a result of which there is a jump in the refractive index on this side. In FIG. 4, the scattering side 40 borders on an encapsulation layer 42 which fills the trenches 41. The encapsulation layer 42 is selected such that its refractive index differs from that of the deflecting structure 4.
Zum Beispiel ist die Verkapselung aus SiOg oder SiN. An einer der Umlenkstruktur 4 abgewandten Seite ist die Verkapselungsschicht 42 eben und/oder glatt. Dies erlaubt eine einfache Montage, beispielsweise an der Einkoppelseite eines Lichtleiters. For example, the encapsulation is made of SiOg or SiN. On a side facing away from the deflection structure 4, the encapsulation layer 42 is flat and / or smooth. This allows simple assembly, for example on the coupling side of a light guide.
Figur 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements 10 wieder inFIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the optoelectronic component 10 again in FIG
Querschnittsansicht. Dieses ähnelt dem der Figur 3. Hier ist die Austrittsfläche 2 des Halbleiterkörpers 1 zusätzlich strukturiert/aufgeraut . Von dem dielektrischen Spiegel 3 zurückreflektierte Strahlung kann durch die Strukturierung umverteilt werden und beim nächsten Auftreffen auf den dielektrischen Spiegel 3 gegebenenfalls im ersten Winkelbereich auftreffen. Auf die strukturierte Austrittsfläche 2 ist hier eine Planarisierungsschicht 9, beispielsweise aus SiOg, aufgebracht, die an einer dem Halbleiterkörper 1 abgewandten Seite 9a planar und glatt ist. Die mittlere Rauheit der Seite 9a beträgt beispielsweise unter 1 nm. Cross-sectional view. This is similar to that of FIG. 3. Here, the exit surface 2 of the semiconductor body 1 is additionally structured / roughened. Radiation reflected back by the dielectric mirror 3 can be redistributed by the structuring and, when it next hits the dielectric mirror 3, if appropriate, impinge in the first angular range. A planarization layer 9, for example made of SiOg, which is planar and smooth on a side 9a facing away from the semiconductor body 1, is applied here to the structured exit surface 2. The mean roughness of the side 9a is, for example, less than 1 nm.
In der Figur 6 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements 10 gezeigt. Dieses ist gegenüber dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel um einen weiteren dielektrischen Spiegel 8 ergänzt. Der weitere dielektrische Spiegel 8 ist zwischen dem Konversionselement 7 und dem Halbleiterkörper 1 angeordnet. Der weitere dielektrische Spiegel 8 ist für Primärstrahlung, die mit Einfallswinkeln im ersten Winkelbereich auftrifft, durchlässig und für Primärstrahlung, die mit Einfallswinkeln im zweiten Winkelbereich auftrifft, reflektierend. Für die Sekundärstrahlung kann der weitere dielektrische Spiegel 8 reflektierend sein. Der dielektrische Spiegel 3 weist die oben beschriebene Winkelselektivität zumindest für die Sekundärstrahlung auf. A fifth exemplary embodiment of the optoelectronic component 10 is shown in FIG. Compared to the previous exemplary embodiment, this is supplemented by a further dielectric mirror 8. The further dielectric mirror 8 is arranged between the conversion element 7 and the semiconductor body 1. The further dielectric mirror 8 is transparent to primary radiation which strikes at angles of incidence in the first angular range and is reflective for primary radiation which strikes at angles of incidence in the second angular range. The further dielectric mirror 8 can be reflective for the secondary radiation. The dielectric mirror 3 has the angle selectivity described above, at least for the secondary radiation.
Die Verwendung von zwei dielektrischen Spiegeln bietet den Vorteil, dass dann jeder dielektrische Spiegel für einen bestimmten Wellenlängenbereich (Primärstrahlung oder Sekundärstrahlung) optimiert sein kann. The use of two dielectric mirrors offers the advantage that each dielectric mirror can then be optimized for a specific wavelength range (primary radiation or secondary radiation).
Figur 7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements 10. Dieses ähnelt dem der Figur 5, nur dass hier die Umlenkstruktur 4 mit der aufgebrachten Verkapselung 42 durch ein optisches Element ersetzt ist, das ein Glasplättchen 11 umfasst, auf dessen einer Seite eine Metalinse 5 und auf der anderen Seite ein Polarisationsfilter 6 angeordnet ist. Dank des vorgeschalteten dielektrischen Spiegels 3 und des Polarisationsfilters 6 trifft polarisiertes, direktionales weißes Licht auf die Metalinse 5. Diese kann das Licht dann effizient bündeln oder zerstreuen. FIG. 7 shows a sixth exemplary embodiment of the optoelectronic component 10. This is similar to that of FIG on the other one Polarization filter 6 is arranged. Thanks to the upstream dielectric mirror 3 and the polarization filter 6, polarized, directional white light strikes the metal lens 5. This can then efficiently focus or scatter the light.
Das in der Figur 8 gezeigte siebte Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements 10 umfasst wie das fünfte Ausführungsbeispiel einen weiteren dielektrischen Spiegel 8 vor dem Konversionselement 7. The seventh exemplary embodiment of the optoelectronic component 10 shown in FIG. 8, like the fifth exemplary embodiment, comprises a further dielectric mirror 8 in front of the conversion element 7.
Statt den Polarisationsfilter 6 zwischen dem Glasplättchen 11 und dem dielektrischem Spiegel 3 anzuordnen, könnte der Polarisationsfilter 6 auch zwischen dem dielektrischen Spiegel 3 und dem Halbleiterkörper 1, insbesondere zwischen dem dielektrischen Spiegel 3 und dem Konversionselement 7, angeordnet sein. Instead of arranging the polarization filter 6 between the glass plate 11 and the dielectric mirror 3, the polarization filter 6 could also be arranged between the dielectric mirror 3 and the semiconductor body 1, in particular between the dielectric mirror 3 and the conversion element 7.
Figur 9 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements 10, bei dem das optische Element ein Konversionselement 7 ist. Der dielektrische Spiegel 3 weist für die Primärstrahlung die oben genannte Winkelselektivität auf. Für die durch Konversion durch das Konversionselement 7 entstandene Sekundärstrahlung ist der dielektrische Spiegel 3 beispielsweise bei allen Einfallswinkeln reflektierend. FIG. 9 shows an eighth exemplary embodiment of the optoelectronic component 10, in which the optical element is a conversion element 7. The dielectric mirror 3 has the above-mentioned angle selectivity for the primary radiation. For the secondary radiation produced by conversion by the conversion element 7, the dielectric mirror 3 is reflective at all angles of incidence, for example.
Die Winkelselektivität des dielektrischen Spiegels 3 aus Figur 9 ist anhand der Figur 10 beispielhaft dargestellt. Die Kurve S2 zeigt die Fernfeld-Strahlungsverteilung eines Lambert sehen Strahlers. Auf der x-Achse sind Winkel zwischen -90° und 90°, gemessen zu einer Normalen auf die Emissionsfläche des Lambert sehen Strahlers, dargestellt. Auf der y-Achse ist die Strahlungsintensität aufgetragen. Die zuvor beschriebenen Halbleiterkörper 1 bilden in guter Näherung einen solchen Lambert sehen Strahler mit der Austrittsfläche 2 als Emissionsfläche. The angular selectivity of the dielectric mirror 3 from FIG. 9 is shown by way of example with reference to FIG. The curve S2 shows the far-field radiation distribution of a Lambert see radiator. On the x-axis, angles between -90 ° and 90 °, measured to a normal to the emission surface of the Lambert radiator, are shown. on the radiation intensity is plotted on the y-axis. As a good approximation, the semiconductor bodies 1 described above form such a Lambertian emitter with the exit surface 2 as the emission surface.
Die Kurve S1 zeigt die Fernfeld-Strahlungsverteilung, im Falle dass auf die Emissionsfläche der dielektrische Spiegel 3 aufgebracht ist. Der dielektrische Spiegel 3 hat für die Primärstrahlung eine hohe Winkelselektivität. Vorliegend ist der dielektrische Spiegel 3 durchlässig für Strahlung mit Einfallswinkeln in einem ersten Winkelbereich von 0° bis und reflektierend für Strahlung mit Einfallswinkeln größer ß. Für größere Einfallswinkel im ersten Winkelbereich ist der Transmissionsgrad außerdem höher als für kleinere Einfallswinkel. Dadurch weist die durch den dielektrischen Spiegel 3 hindurchtretende Primärstrahlung am Rand des ersten Winkelbereichs eine ähnliche, sogar leicht überhöhte Strahlungsstärke wie im Zentrum des ersten Winkelbereichs auf. Dadurch entsteht nach der Konversion ein gleichmäßigerer, vom Betrachtungswinkel nahezu unabhängiger Farbeindruck . The curve S1 shows the far-field radiation distribution in the event that the dielectric mirror 3 is applied to the emission surface. The dielectric mirror 3 has a high angle selectivity for the primary radiation. In the present case, the dielectric mirror 3 is permeable to radiation with angles of incidence in a first angular range from 0 ° to and reflective for radiation with angles of incidence greater than β. For larger angles of incidence in the first angular range, the transmittance is also higher than for smaller angles of incidence. As a result, the primary radiation passing through the dielectric mirror 3 at the edge of the first angular range has a radiation intensity that is similar, even slightly increased, to that in the center of the first angular range. This creates a more uniform color impression after the conversion, which is almost independent of the viewing angle.
In Figur 11 ist ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung gezeigt. Dem zuvor beschriebenen Bauelement 10 ist eine Blende 30 nachgeordnet, mit der zusätzlich die Emissionswinkel abgeschnitten werden, die außerhalb des homogenen Farbbereichs liegen. An exemplary embodiment of a lighting device is shown in FIG. A diaphragm 30 is arranged downstream of the component 10 described above, with which the emission angles that lie outside the homogeneous color range are also cut off.
In der Figur 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung gezeigt, bei der dem Bauelement 10 eine Linse 50 nachgeordnet ist, mit der der homogene Farbeindruck auf einen größeren Winkelbereich abgebildet wird. Die Blende 30 aus Figur 11 und die Linse 50 aus Figur 12 können auch in einer Beleuchtungsvorrichtung kombiniert werden. A further exemplary embodiment of a lighting device is shown in FIG. 12, in which a lens 50 is arranged downstream of the component 10, with which the homogeneous color impression is mapped onto a larger angular range. The diaphragm 30 from FIG. 11 and the lens 50 from FIG. 12 can also be combined in one lighting device.
Figuren 13 bis 15 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung in verschiedenen Ansichten. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst mehrere optoelektronische Bauelemente 10, zum Beispiel solche wie in den Figuren 2 bis 8 dargestellt, sowie einen Lichtleiter 20 mit einer Einkoppelseite 21. Die aus den Bauelementen 10 im Betrieb austretende Strahlung, zum Beispiel weißes Licht, tritt über die Einkoppelseite 21 in den Lichtleiter 20 ein und wird dann im Inneren des Lichtleiters 20 verteilt. Figures 13 to 15 show an embodiment of a lighting device in different views. The lighting device comprises several optoelectronic components 10, for example those as shown in FIGS. 2 to 8, as well as a light guide 20 with a coupling side 21. The radiation emerging from the components 10 during operation, for example white light, enters via the coupling side 21 the light guide 20 and is then distributed inside the light guide 20.
Der Lichtleiter 20 ist vorliegend plättchenförmig ausgebildet und weist zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten auf, die durch die Einkoppelseite 21 miteinander verbunden sind und die jeweils wesentlich größer als die Einkoppelseite 21 sind. Über eine oder beide Hauptseiten wird die eingekoppelte Strahlung bevorzugt homogen ausgekoppelt. Bei der Beleuchtungsvorrichtung handelt es sich zum Beispiel um eine Display-Hintergrundbeleuchtung . In the present case, the light guide 20 is designed in the form of a plate and has two opposing main sides which are connected to one another by the coupling-in side 21 and which are each significantly larger than the coupling-in side 21. The coupled-in radiation is preferably coupled out homogeneously via one or both main sides. The lighting device is, for example, a display backlight.
Wie der Figur 14 zu entnehmen ist, ist die Einkoppelseite 21 rechteckig und länglich ausgebildet. Entlang der längeren Kante der Einkoppelseite 21 sind die Bauelemente 10 hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet. Die x- Richtung, entlang der die von den Bauelementen 10 emittierte Strahlung zerstreut wird, verläuft parallel zur längeren Kante. Die y-Richtung, entlang der die von den Bauelementen 10 emittierte Strahlung einen geringen Öffnungswinkel aufweist, verläuft parallel zur kürzeren Kante der Einkoppelseite 21. Auf diese Weise wird die von den Bauelementen 10 emittierte Strahlung effizient in den plättchenförmigen Lichtleiter 20 eingekoppelt. Der Strahlengang beziehungsweise der Strahlfleck eines Bauelements 10 ist in den Figuren 13 bis 15 durch die gestrichelten Linien angedeutet. As can be seen from FIG. 14, the coupling side 21 is rectangular and elongated. The components 10 are arranged one behind the other and at a distance from one another along the longer edge of the coupling side 21. The x direction along which the radiation emitted by the components 10 is scattered runs parallel to the longer edge. The y-direction, along which the radiation emitted by the components 10 has a small opening angle, runs parallel to the shorter edge of the Coupling side 21. In this way, the radiation emitted by the components 10 is efficiently coupled into the plate-shaped light guide 20. The beam path or the beam spot of a component 10 is indicated in FIGS. 13 to 15 by the dashed lines.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination vonThe description on the basis of the exemplary embodiments is not restricted to the invention. Rather, the invention encompasses any new feature and any combination of
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if these features or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Halbleiterkörper 1 semiconductor body
2 Austrittsfläche 2 exit area
3 dielektrischer Spiegel 3 dielectric mirror
4 optisches Element/Umlenkstruktur 4 optical element / deflection structure
5 optisches Element/Metalinse 5 optical element / metal lens
6 Polarisationsfilter 6 polarizing filters
7 optisches Element/Konversionselement7 optical element / conversion element
8 weitere dielektrischer Spiegel 8 more dielectric mirrors
9 Planarisierungsschicht 9 planarization layer
9a Seite der Planarisierungsschicht 9a side of the planarization layer
10 optoelektronisches Bauelement 10 optoelectronic component
11 Glasplättchen 11 glass plates
20 Lichtleiter 20 light guides
21 Einkoppelseite 21 Coupling side
30 Blende 30 aperture
40 Streuseite 40 spreading side
41 Graben 41 ditch
42 Verkapselungsschicht 42 encapsulation layer
50 Linse Winkel ß Winkel 50 lens angle ß angle
51 Kurve 51 curve
52 Kurve 52 curve

Claims

Patentansprüche Claims
1. Optoelektronisches Bauelement (10) umfassend 1. An optoelectronic component (10) comprising
- einen Halbleiterkörper (1) mit einem aktiven Bereich zur Erzeugung elektromagnetischer Primärstrahlung und einer Austrittsfläche (2), - A semiconductor body (1) with an active area for generating electromagnetic primary radiation and an exit surface (2),
- ein der Austrittsfläche (2) nachgeordnetes optisches Element (4, 5, 7) zur Umlenkung und/oder Konversion von im Bauelement (10) erzeugter Strahlung, - An optical element (4, 5, 7) arranged downstream of the exit surface (2) for deflecting and / or converting radiation generated in the component (10),
- einen dielektrischen Spiegel (3) zwischen der Austrittsfläche (2) und dem optischen Element (4, 5, 7), wobei - A dielectric mirror (3) between the exit surface (2) and the optical element (4, 5, 7), wherein
- der dielektrische Spiegel (3) für eine im Bauelement erzeugte Strahlung einer vorgegebenen Wellenlänge, die mit Einfallswinkeln in einem vorgegebenen ersten Winkelbereich auftrifft, durchlässig ist und für die Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge, die mit Einfallswinkeln in einem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auftrifft, reflektierend ist. - The dielectric mirror (3) is transparent to radiation of a predetermined wavelength generated in the component, which strikes at angles of incidence in a predetermined first angular range, and is reflective for radiation of the predetermined wavelength, which strikes at angles of incidence in a predetermined second angular range.
2. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1, wobei der erste Winkelbereich alle Einfallswinkel zwischen einschließlich 0° und , gemessen zu einer Normalen auf den dielektrischen Spiegel (3), umfasst, der zweite Winkelbereich alle Einfallswinkel von mindestens ß, gemessen zur Normalen auf den dielektrischen Spiegel (3) umfasst, wobei ß h ocgilt. 2. The optoelectronic component (10) according to claim 1, wherein the first angular range includes all angles of incidence between 0 ° and, measured to a normal to the dielectric mirror (3), the second angular range all angles of incidence of at least β, measured to the normal comprises the dielectric mirror (3), where β h oc applies.
3. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 2, wobei das optische Element eine Umlenkstruktur (4) umfasst, die derart ausgebildet ist, dass die durch die Umlenkstruktur (4) durchtretende Strahlung des Bauelements (10) in eine x-Richtung zerstreut wird und in einer y- Richtung, senkrecht zur x-Richtung, weniger oder nicht zerstreut wird. 3. The optoelectronic component (10) according to claim 2, wherein the optical element comprises a deflection structure (4) which is designed such that the radiation of the component (10) passing through the deflection structure (4) is scattered in an x-direction and in a y- Direction, perpendicular to the x-direction, is less or not scattered.
4. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 3, wobei die Umlenkstruktur (4) an einer Streuseite (40) eine Strukturierung mit sich in y-Richtung erstreckenden Gräben (41) aufweist. 4. The optoelectronic component (10) according to claim 3, wherein the deflecting structure (4) has a structuring on a scattering side (40) with trenches (41) extending in the y-direction.
5. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Element eine Metalinse (5) umfasst. 5. The optoelectronic component (10) according to claim 1 or 2, wherein the optical element comprises a metal lens (5).
6. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 5, wobei zwischen der Metalinse (5) und dem Halbleiterkörper (1) ein Polarisationsfilter (6) angeordnet ist. 6. Optoelectronic component (10) according to claim 5, wherein a polarization filter (6) is arranged between the metal lens (5) and the semiconductor body (1).
7. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (10) ein Konversionselement (7) umfasst, das zur Konversion von im Bauelement (10) erzeugter Strahlung eingerichtet ist. 7. The optoelectronic component (10) according to any one of the preceding claims, wherein the component (10) comprises a conversion element (7) which is set up to convert radiation generated in the component (10).
8. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 7, wobei8. Optoelectronic component (10) according to claim 7, wherein
- das optische Element das Konversionselement (7) umfasst,- the optical element comprises the conversion element (7),
- der dielektrische Spiegel (3) für Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge mit großen Einfallswinkeln im ersten Winkelbereich einen höheren Transmissionsgrad aufweist als für Strahlung der vorgegebenen Wellenlänge mit kleinen Einfallswinkeln im ersten Winkelbereich. - The dielectric mirror (3) for radiation of the predetermined wavelength with large angles of incidence in the first angular range has a higher degree of transmission than for radiation of the predetermined wavelength with small angles of incidence in the first angular range.
9. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 7, wobei das Konversionselement (7) zwischen dem dielektrischen Spiegel (3) und der Austrittsfläche (2) angeordnet ist, wobei das Konversionselement (7) bei der Konversion von im Bauelement erzeugter Strahlung eine Sekundärstrahlung erzeugt, 9. The optoelectronic component (10) according to claim 7, wherein the conversion element (7) is arranged between the dielectric mirror (3) and the exit surface (2), the conversion element (7) during the conversion of im Component generated radiation generates secondary radiation,
- der dielektrische Spiegel (3) für Sekundärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in dem vorgegebenen ersten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel (3) trifft, durchlässig ist, - the dielectric mirror (3) is transparent to secondary radiation which strikes the dielectric mirror (3) at angles of incidence in the predetermined first angular range,
- der dielektrische Spiegel (3) für Sekundärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in dem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel (3) trifft, reflektierend ist. - The dielectric mirror (3) is reflective for secondary radiation which strikes the dielectric mirror (3) at angles of incidence in the predetermined second angular range.
10. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 9, wobei ein weiterer dielektrischer Spiegel (8) zwischen dem Konversionselement (7) und der Austrittsfläche (2) angeordnet ist, 10. Optoelectronic component (10) according to claim 9, wherein a further dielectric mirror (8) is arranged between the conversion element (7) and the exit surface (2),
- der weitere dielektrische Spiegel (8) für Primärstrahlung, die mit Einfallswinkeln in dem vorgegebenen ersten Winkelbereich auf den weiteren dielektrischen Spiegel (8) trifft, durchlässig ist, - the further dielectric mirror (8) is transparent to primary radiation which strikes the further dielectric mirror (8) at angles of incidence in the predetermined first angular range,
- der weitere dielektrische Spiegel (8) für Primärstrahlung, die in dem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auf den weiteren dielektrischen Spiegel (8) trifft, reflektierend ist. - The further dielectric mirror (8) is reflective for primary radiation which strikes the further dielectric mirror (8) in the predetermined second angular range.
11. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Austrittsfläche (2) eine Strukturierung aufweist, auf die Austrittsfläche (2) eine Planarisierungsschicht (9) aufgebracht ist, die an einer dem Halbleiterkörper (1) abgewandten Seite (9a) planar ist. 11. Optoelectronic component (10) according to one of the preceding claims, wherein the exit surface (2) has a structuring, on the exit surface (2) a planarization layer (9) is applied, which on a side (9a) facing away from the semiconductor body (1) is planar.
12. Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 6 bis 11 in ihrem jeweiligen Rückbezug auf Anspruch 5, wobei zwischen der Metalinse (5) und dem dielektrischen Spiegel (3) ein Glasplättchen (11) angeordnet ist. 12. Optoelectronic component (10) according to claim 5 or one of claims 6 to 11 in their respective reference back to claim 5, wherein a glass plate (11) is arranged between the metal lens (5) and the dielectric mirror (3).
13. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (10) im Betrieb weißes Licht emittiert. 13. Optoelectronic component (10) according to one of the preceding claims, wherein the component (10) emits white light during operation.
14. Beleuchtungsvorrichtung umfassend 14. Lighting device comprising
- ein optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - An optoelectronic component (10) according to one of the preceding claims,
- einen Lichtleiter (20) mit einer Einkoppelseite (21), über die im Betrieb von dem Bauelement (10) kommende Strahlung in den Lichtleiter (20) eingekoppelt wird. - A light guide (20) with a coupling side (21) via which radiation coming from the component (10) during operation is coupled into the light guide (20).
15. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei 15. Lighting device according to claim 14, wherein
- der Lichtleiter (20) plättchenförmig mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten gebildet ist, - The light guide (20) is formed like a plate with two opposite main sides,
- die Einkoppelseite (21) durch eine die Hauptseiten verbindende Querseite gebildet ist, deren Fläche kleiner als die der Hauptseiten ist. - The coupling side (21) is formed by a transverse side connecting the main sides, the area of which is smaller than that of the main sides.
16. Optoelektronisches Bauelement (10) umfassend 16. An optoelectronic component (10) comprising
- einen Halbleiterkörper (1) mit einem aktiven Bereich zur Erzeugung elektromagnetischer Primärstrahlung und einer Austrittsfläche (2), - A semiconductor body (1) with an active area for generating electromagnetic primary radiation and an exit surface (2),
- eine der Austrittsfläche (2) nachgeordnete Metalinse (5),- A metal lens (5) arranged downstream of the exit surface (2),
- einen Polarisationsfilter (6) zwischen der Metalinse (5) und der Austrittsfläche (2). - A polarization filter (6) between the metal lens (5) and the exit surface (2).
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